JP3042720B2 - Deterministic magnetorheological finishing equipment - Google Patents

Deterministic magnetorheological finishing equipment

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JP3042720B2
JP3042720B2 JP9515961A JP51596197A JP3042720B2 JP 3042720 B2 JP3042720 B2 JP 3042720B2 JP 9515961 A JP9515961 A JP 9515961A JP 51596197 A JP51596197 A JP 51596197A JP 3042720 B2 JP3042720 B2 JP 3042720B2
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fluid
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work piece
finishing
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Abstract

A method and apparatus for finishing a workpiece surface using MR fluid is provided wherein the workpiece is positioned near a carrier surface such that a converging gap is defined between a portion of the workpiece surface and the carrier surface; a magnetic field is applied substantially at said gap; a flow of stiffened MR fluid is introduced into said converging gap such that a work zone is created in the MR fluid to form a sub-aperture transient finishing tool for engaging and causing material removal at the portion of the workpiece surface; and the workpiece or the work zone is moved relative to the other to expose different portions of the workpiece surface to the work zone for predetermined time periods to selectively finish said portions of said workpiece surface to predetermined degrees.

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明はマグネット・レオロジー流体を使用して仕上
げを行う方法及び装置並びにそこで使用される流体の組
成に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for finishing using a magnet-rheological fluid and to the composition of the fluid used therein.

背景技術 光学レンズのような加工片を仕上げるための工程は一
般に加工片の表面の物質を除去して3つの目的、即ち、
(1)表面損傷の除去、(2)表面を滑らかにするこ
と、及び(3)形状の補正を達成することである。多く
の周知のつや出し工程は目的(1)及び(2)は達成で
きるが、目的(3)の達成は困難なのが実情である。こ
のような工程の実例としてはピッチ・ラップ又はポリウ
レタン・ラップ上でのフル・アパチャー・コンタクトつ
や出しを含む。このような工程は光学レンズの形状を補
正する上で一般的に非効率的であり往々にして多くの中
間作業を必要とする。他の技術としてイオン・ビーム・
ミリングは目的(3)を達成することはできるが、目的
(1)及び(2)に関して効率的でない。イオン・ビー
ム・ミリングでは滑らかにすることはできず、正確に制
御しないと表面下損傷を引き起こすことが実証されてい
る。
Background Art [0002] Processes for finishing workpieces such as optical lenses generally involve removing material on the surface of the workpiece for three purposes:
(1) removal of surface damage, (2) smoothing of the surface, and (3) achievement of shape correction. Many well-known polishing processes can achieve the objectives (1) and (2), but it is difficult to achieve the objective (3). Examples of such processes include full aperture contact polish on pitch wrap or polyurethane wrap. Such a process is generally inefficient in correcting the shape of the optical lens and often requires a lot of intermediate work. Other technologies include ion beam
Milling can achieve objective (3), but is not efficient with respect to objectives (1) and (2). Ion beam milling cannot be smoothed and has been demonstrated to cause subsurface damage if not precisely controlled.

精密光学レンズの仕上げは所望の形状に合致する表面
を0.50ミクロンの高低範囲で製造することを典型的要件
とする。光学レンズの仕上げは物質の除去をこれが硬い
ガラスのような材料であっても相対的に高速で除去する
ことを典型的に要件とする。また、光学レンズの仕上げ
は先行する研削作業から表面下損傷を除去して20Årms
又はこれ以下のマイクロラフネスを達成するために十分
な物質の除去を典型的要件とする。
The finishing of precision optic lenses typically requires that the surface conforming to the desired shape be produced with a height range of 0.50 microns. Optical lens finishing typically requires removal of material at a relatively high rate, even if it is a material such as hard glass. The optical lens finish also removes subsurface damage from previous grinding operations to 20Årms
Alternatively, removal of sufficient material to achieve microroughness less than or equal to this is a typical requirement.

従来の仕上げ工程は精密に形状化された粘弾質ピッチ
又はポリウレタンあわ面のラップを使用して圧力と速度
を研磨スラリーを介して加工片に伝達する。このラップ
はレンズの光学的実用部分全体をカバーする大きさのも
のであるのでフル・アパチャー・ラップと呼ばれてい
る。仕上げ工具の加工面は所望の加工片の面に合致せね
ばならない。この粘弾性仕上げ工具がピッチ、ロジン又
はワックスで作られた工具の場合のように柔軟であれ
ば、これは仕上げ工程の過程で発生する圧力及び熱の影
響を受けて変形して所望の形状を失い、未補正の加工片
の表面形状となる。このような工具は表面を滑らかにす
る動作は続行できるが、表面形状を補正する能力は著し
く減少する。この仕上げ工具は仕上げを再度開始する前
に所望の形状に加工する金属テンプレートで形状を直さ
なければならない。このような中間工程は予期できない
ものであり且つ時間の浪費である。これは高レベルの技
術者又は専門の光学技術者を必要とする。これはまた各
加工片の形状ごとの金属テンプレートの目録を必要とす
る。
Conventional finishing processes use precisely shaped viscoelastic pitch or polyurethane foam wrap to transfer pressure and velocity through the abrasive slurry to the workpiece. This wrap is called a full aperture wrap because it is large enough to cover the entire optically practical portion of the lens. The work surface of the finishing tool must match the surface of the desired work piece. If the viscoelastic finishing tool is flexible, as in the case of a tool made of pitch, rosin or wax, it will deform under the influence of the pressure and heat generated during the finishing process to deform to the desired shape. Lost and uncorrected work piece surface shape. While such tools can continue to smooth the surface, their ability to correct the surface shape is significantly reduced. The finishing tool must be reshaped with a metal template that is machined to the desired shape before starting the finishing again. Such an intermediate step is unexpected and time consuming. This requires a high level of technician or specialized optical technician. This also requires an inventory of metal templates for each workpiece shape.

また、粘弾質の仕上げ工具は、金属バッキング・テン
プレートに装着された硬質の薄いポリウレタン・パッド
から作られた工具の場合のように柔軟性を少なくするこ
とができる。このタイプの仕上げ工具は仕上げ工程の過
程で所望の形状を維持するのにそれだけ良好であるが、
これは時間が経つと磨耗して除去速度を減少させる。こ
のようになった工具は加工片面を滑らかにする能力が低
下するので要求されるレベルの表面滑らかさを達成する
ことは困難である。専門の光学技術者が定期的に工程を
止めてパッドの手入れ又は交換をして仕上げ工程を続行
しなければならない。
Also, visco-elastic finishing tools can be less flexible, as in the case of tools made from rigid thin polyurethane pads mounted on a metal backing template. While this type of finishing tool is better at maintaining the desired shape during the finishing process,
This wears out over time and reduces the removal rate. It is difficult to achieve the required level of surface smoothness because such tools have a reduced ability to smooth the work piece surface. A professional optical technician must periodically stop the process and clean or replace the pads to continue the finishing process.

従来のフル・アパチャー、粘弾性仕上げ工具はすべて
粒子物質の詰まりの弊害を受ける。ガラスの破片及び/
又は研磨つや出し粒子が時間の経過とともに工具の表面
に詰まる。この表面はガラス状となって滑らかになる。
これは除去速度を低下する。また、詰まった粒子物質は
加工片の表面を傷つけて仕上げ最終段階の加工片を損傷
する。この様な工具の劣化は予期できない。その理由と
して、複雑な表面の仕上げは面倒な作業であって大量生
産が困難だからである。
Conventional full aperture, viscoelastic finishing tools all suffer from blockage of particulate matter. Broken glass and / or
Alternatively, abrasive polishing particles may clog the surface of the tool over time. This surface becomes glassy and smooth.
This reduces the removal rate. Also, clogged particulate matter can damage the surface of the work piece and damage the work piece in the final finishing stage. Such tool degradation is unpredictable. The reason is that finishing a complicated surface is a troublesome operation and mass production is difficult.

仕上げ工程によってはサブ・アパチャー・ラップ、即
ち、仕上げを要する加工片の部分よりも小さい仕上げ工
具を使用する。これについては、例えば、米国特許No.4
956944(Ando et al)を参照されたい。しかしながら、
このような工程は個体の仕上げ工具を使用するので、フ
ル・サイズのラップを使用する工程と同様多くの弊害を
受ける。
Some finishing operations use a sub-aperture wrap, ie, a finishing tool that is smaller than the portion of the workpiece that needs to be finished. Regarding this, for example, U.S. Pat.
See 956944 (Ando et al). However,
Since such a process uses a solid finishing tool, it suffers as many disadvantages as a process using a full size wrap.

個体の工具を使用する工程及びイオン・ビーム衝撃を
使用する工程を含むミリング工程もまたサブ・アパチャ
ー・ラップを使用することができる。このような工程は
加工片に形を付与することはできるが、表面を滑らかに
することはできず、表面下損傷を露出することで表面を
粗くしてしまう。
Milling processes, including using a solid tool and using ion beam bombardment, can also use sub-aperture wrap. Such a process can impart shape to the work piece, but cannot smooth the surface and roughens the surface by exposing subsurface damage.

磁性粒子を含む流体をつや出しアプリケーションにお
いて使用することは知られている。米国特許No.4821466
(Kato et al)はコロイドの磁性粒子を含む流体に浸さ
れた「フロート・パッド」が不等磁界を与えることで発
生する浮力によって加工片に対して押し当てられるつや
出し工程を開示している。このつや出し工程はフル・ア
パチャー、粘弾性仕上げ工具が使用されると同様の基本
的形状補正能力を有する。このフロートの形状及び磁界
の形状は特定の所望の面形状を得るためには注文仕立て
のものでなければならない。同じ工程で別の形状を仕上
げるためには、相異なるラッピング運動と共に相異なる
フロートの設計及び製作、並びに可能性として相異なる
磁気形状が必要となる。このように光学レンズの形状を
変えるためには実質的工程及びマシンの修正が必要とな
る。
It is known to use fluids containing magnetic particles in polishing applications. U.S. Patent No.4821466
(Kato et al) disclose a polishing process in which a "float pad" immersed in a fluid containing colloidal magnetic particles is pressed against a workpiece by buoyancy generated by applying an unequal magnetic field. This polishing process has the same basic shape correction capabilities as full aperture, viscoelastic finishing tools are used. The shape of the float and the shape of the magnetic field must be tailored to obtain a particular desired surface shape. Finishing different shapes in the same process requires different float designs and fabrications with different lapping motions and possibly different magnetic shapes. In order to change the shape of the optical lens in this way, substantial processes and machine modifications are required.

また、磁性粒子を含む流体に加工片を浸してこの流体
に回転する磁界を与えることで加工片をつや出しするこ
とも知られている。例えば、米国特許No.2735232(Simj
ian)を参照されたい。この回転磁界は流体を加工片の
周囲で円状に流動させてこれのつや出しを行うと言われ
ている。この方法は加工片に対して十分な圧力を発生し
ないために満足する物質除去速度が得られないという短
所を有する。また、この方法では面形状のエラーを光学
上の要件を満たす程度に補正することはできない。
It is also known that a work piece is polished by immersing the work piece in a fluid containing magnetic particles and applying a rotating magnetic field to the fluid. For example, U.S. Pat. No. 2,735,232 (Simj
ian). It is said that this rotating magnetic field causes the fluid to flow in a circular shape around the work piece to polish it. This method has the disadvantage that a satisfactory material removal rate cannot be obtained because sufficient pressure is not generated on the workpiece. In addition, this method cannot correct a surface shape error to such an extent that optical requirements are satisfied.

発明の開示 以上の説明に鑑みて、本発明の目的はマグネット・レ
オロジー流体を使用して改善された仕上げ方法及び装置
を提供することである。更に本発明の目的はこの方法及
び装置において使用されるマグネット・レオロジー流体
を提供することである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In view of the above description, it is an object of the present invention to provide an improved finishing method and apparatus using a magnet rheological fluid. It is a further object of the present invention to provide a magnet rheological fluid for use in the method and apparatus.

更に本発明の目的は光学レンズの仕上げにおいて使用
することができる仕上げ装置を提供することである。
It is a further object of the present invention to provide a finishing device that can be used in finishing optical lenses.

更に本発明の目的は実質的に表面又は表面下の損傷
(スクラッチ、クラック又は表面下クラック)を生ずる
ことなく、実質的に現存の表面及び表面下損傷を除去す
ることで高度の滑らかさを提供する仕上げ装置を提供す
ることである。
It is a further object of the present invention to provide a high degree of smoothness by removing substantially existing surface and subsurface damage without causing substantial surface or subsurface damage (scratch, crack or subsurface crack). The purpose of this is to provide a finishing device.

更に本発明の目的は表面滑らかさ及び形状の補正を提
供する仕上げ装置を提供することである。
It is a further object of the present invention to provide a finishing device that provides surface smoothness and shape correction.

更に本発明の目的は容易に自動化することができ、そ
のアプリケーションにおいてフレキシブルな仕上げ装置
を提供することである。
It is a further object of the present invention to provide a finishing device that can be easily automated and that is flexible in its application.

更に本発明の目的はこの装置を自動化するための手段
を提供することである。
It is a further object of the present invention to provide a means for automating this device.

更に本発明の目的は種々の材料に関して相対的に高除
去速度で動作する仕上げ装置を提供することである。
It is a further object of the present invention to provide a finishing device that operates at a relatively high removal rate for various materials.

更に本発明の目的は広範囲の種類の材料の表面を容認
された精密光学基準に則して滑らかにする仕上げ装置を
提供することである。
It is a further object of the present invention to provide a finishing apparatus for smoothing the surface of a wide variety of materials according to accepted precision optical standards.

更に本発明の目的はシリコンのような硬質の材料又は
サファイアのような特に硬質な材料に関してはナノ・ク
リスタル・ダイアモンド研磨剤を基準MR流体組成又はそ
の他利用されるMR流体組成に付加して除去速度を加速す
ることができる仕上げ装置を提供することである。
It is a further object of the present invention to add a nanocrystal diamond abrasive to a reference MR fluid composition or other utilized MR fluid composition for hard materials such as silicon or particularly hard materials such as sapphire for removal rates. It is an object of the present invention to provide a finishing apparatus capable of accelerating the finishing.

更に本発明の目的は仕上げ工具が、凸状、凹状又はフ
ラットであっても如何なる加工片の表面形状に対しても
自動調整し、この場合精密形状のラップの交換のような
仕上げマシンの構造の変更を必要としない仕上げ装置を
提供することである。
It is a further object of the present invention to automatically adjust to any workpiece surface shape, whether the finishing tool is convex, concave or flat, in which case the configuration of the finishing machine, such as the exchange of precision shaped laps. The goal is to provide a finishing device that does not require modification.

更に本発明の目的は仕上げ工具が仕上げスポットの形
状の除去機能を有する仕上げ装置を提供することであ
る。
It is a further object of the present invention to provide a finishing device in which the finishing tool has a function of removing the shape of the finishing spot.

更に本発明の目的は熱、研磨及び空気露出の動作状態
において減均性のマグネット・レオロジー流体を含む仕
上げ装置を提供することである。
It is a further object of the present invention to provide a finishing device that includes a magnet rheological fluid that is disproportionate in operating conditions of heat, polishing and air exposure.

これら並びに他の目的は本発明に基くMR仕上げ方法及
び装置により達成される。MR流体を使用して加工片の表
面を仕上げるこの方法は、 加工片をキャリア面の近くにこの加工片の表面の一部
と前記キャリア面との間に細まりギャップが形成される
ように位置決めする工程と、 実質的に前記ギャップに磁界を与える工程と、 前記細まりギャップに磁界硬化MR流体の流れを導入し
て前記MR流体にて加工ゾーンを形成し、前記加工片の一
部に係合して物質を除去する移動仕上げ工具を形成する
ようにする工程と、 前記加工片又は加工ゾーンを他方に相対的に移動して
前記加工片の表面の相異なる部分を前記加工ゾーンに対
して所定の時間だけ露出して前記加工片の面の前記部分
を所定の程度に選択的に仕上げる工程と、 を含むことを特徴とする。MR流体を使用して加工片を仕
上げる装置は、 MR流体を搬送するキャリア面と、 前記加工片を保持してこの加工片の表面の一部をキャ
リア面の近くに位置決めしてこの両者間に細まりギャッ
プを形成し、前記キャリア面が前記ギャップを通るMR流
体を搬送するように加工する片保持体と、 前記ギャップに磁界を与えて前記ギャップを流れるMR
流体を硬化し、前記加工片の表面の一部に係合して物質
を除去する移動仕上げ工具を形成する磁石と、 前記加工片又は前記加工ゾーンを他方に相対的に移動
して前記加工片の表面の相異なる部分を前記加工ゾーン
に対して所定の時間だけ露出して前記加工片の表面の部
分を所定の程度に選択的に仕上げるための手段と、 を有することを特徴とする。
These and other objects are achieved by an MR finishing method and apparatus according to the present invention. This method of finishing the surface of a work piece using MR fluid involves positioning the work piece near a carrier surface so that a narrowing gap is formed between a portion of the work piece surface and the carrier surface. Substantially applying a magnetic field to the gap; introducing a flow of a magnetically hardened MR fluid into the narrowing gap to form a machining zone with the MR fluid; Forming a mobile finishing tool that removes material in combination with the workpiece or the processing zone relative to the other to move different portions of the surface of the workpiece relative to the processing zone. Selectively exposing the portion of the work piece surface to a predetermined extent by exposing for a predetermined time. An apparatus that finishes a work piece using MR fluid is composed of a carrier surface that conveys MR fluid, and a part of the surface of the work piece that holds the work piece and is positioned near the carrier surface and between them. A piece holder that forms a narrowing gap and is processed so that the carrier surface conveys an MR fluid passing through the gap; and an MR that flows through the gap by applying a magnetic field to the gap.
A magnet forming a moving finishing tool that hardens fluid and engages a portion of the surface of the workpiece to remove material; and a workpiece that moves the workpiece or the machining zone relative to the other. Means for exposing different portions of the surface of the work piece to the working zone for a predetermined time to selectively finish the surface portion of the work piece to a predetermined degree.

図面の簡単な説明 図1は本発明の実例として仕上げ装置の斜視図、 図2は図1の装置の一部の拡大図、 図3A〜Cは凸状、フラット及び凹状加工片の仕上げに
使用する本発明のキャリア・ホイールとMR流体リボンの
概略図、 図3Dは磁極片を加えた図3Cの断面図、 図4A及び4Bは円形及びフラットなキャリア面を使用し
てMR流体が加工片に衝突する角度をそれぞれ示す概略
図、 図5Aは本発明に基く実例としての磁極片の断面図、 図5Bは磁極片の正面図、 図5Cは磁極片の平面図、 図6A及び6Bは本発明に基く実例としての極片の中で
の、またこれを囲む磁界の大きさ及び方向の界磁プロッ
ト、 図7は本発明の実例として流体循環装置の概略図、 図8Aは垂直ホイールに接触した本発明の流体供給ノズ
ルの側面断面図、 図8Bは実例としての流体供給ノズルの正面図、 図9Aは図9Bのスクレーパの使用で形が付与される加工
片の斜視図、 図9BはMR流体の中でこ歯パターンを形成するために使
用されるスクレーパの斜視図、 図9CはRank Taylor Hobsen From Talysurfプロフィラ
で取った図9Bの加工片のプロフィル、 図9Dは三角MR流体リボンを形成するために使用される
スクレーパの斜視図、 図10Aは本発明の実例としての流体コレクタの側面断
面図、 図10Bはコレクタの正面断面図、 図10Cはコレクタの底面図、 図11Aは本発明の貯蔵器の概略図、 図11Bは本発明で使用する別の貯蔵器の概略図、 図12は変化するサイズの研磨グリットで得られる仕上
げスポット幅及び長さを示すグラフ、 図13は1つのユニットのスターティング速度に標準化
して、相異なるキャリア流体で作られた3つのMR流体に
関して6時間又はこれ以上の期間に渡って測定した体積
除去速度を示すグラフ、 図14Aは図14B及び14Cに示すMRF除去機能「スポット」
を得るために使用される装置の概略図、 図14Bおよび14Cは5秒の仕上げ動作後のBK7ガラスのM
RF除去機能「スポット」を示す図、 図15A−15Cはスピニング加工片上の仕上げスポットの
結果を示す図、 図16は本発明のコンピュータ制御アルゴリズムのフロ
ー・チャート、 図17A及び17Bは融解石英上のMRF除去機能「スポッ
ト」を示す図、 図18は本発明の実施例において使用されるソフトウエ
アのユーザ・インタフェースの一部で、本発明に基いて
仕上げられる加工片の初期の、予想される、実際の最終
インターフェログラムを示す図、 図19A−19Cは本発明で可能な別の仕上げ装置の概略
図、 図20A及び20Bは本発明で可能な別の仕上げ装置の概略
斜視図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view of a finishing apparatus as an example of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a part of the apparatus of FIG. 1, and FIGS. 3A to 3C are used for finishing convex, flat and concave workpieces. FIG. 3D is a cross-sectional view of FIG. 3C with a pole piece added, and FIGS. 4A and 4B are schematic illustrations of a carrier wheel and MR fluid ribbon using a circular and flat carrier surface. FIG. 5A is a cross-sectional view of an example pole piece according to the present invention, FIG. 5B is a front view of the pole piece, FIG. 5C is a plan view of the pole piece, FIG. 6A and FIG. 6B are the present invention. Field plots of the magnitude and direction of the magnetic field in and surrounding the pole piece, based on FIG. 7, FIG. 7 is a schematic diagram of a fluid circulator as an example of the present invention, and FIG. 8A is in contact with a vertical wheel. FIG. 8B is a cross-sectional side view of a fluid supply nozzle of the present invention. 9A is a perspective view of a workpiece that is shaped using the scraper of FIG. 9B, FIG. 9B is a perspective view of a scraper used to form a serrated pattern in MR fluid, FIG. 9B is a profile of the work piece of FIG. 9B taken with a Rank Taylor Hobsen From Talysurf profiler, FIG. 9D is a perspective view of a scraper used to form a triangular MR fluid ribbon, and FIG. 10A is a fluid collector as an example of the present invention. FIG. 10B is a front sectional view of the collector, FIG. 10C is a bottom view of the collector, FIG. 11A is a schematic view of the reservoir of the present invention, FIG. 11B is a schematic view of another reservoir used in the present invention, 12 is a graph showing the finish spot width and length obtained with varying sized abrasive grit; FIG. 13 is a graph of 6 for three MR fluids made with different carrier fluids, normalized to the starting speed of one unit. Time or more Graph showing the volumetric removal rate measured over, Figure 14A MRF removal function shown in FIGS. 14B and 14C "spot"
14B and 14C show the M of BK7 glass after a 5 second finishing operation.
Figures 15A-15C show the results of finishing spots on spinning workpieces, Figure 16 shows the flow chart of the computer controlled algorithm of the present invention, Figures 17A and 17B show the results on fused silica. FIG. 18 shows the MRF removal function “spot”, FIG. 18 is a portion of the software user interface used in an embodiment of the present invention, showing the initial, expected, FIGS. 19A-19C are schematic diagrams of alternative finishing devices possible with the present invention, and FIGS. 20A and 20B are schematic perspective views of alternative finishing devices possible with the present invention.

発明を実施するための最良の形態 マグネット・レオロジー("MR")流体はキャリア流体
に均等に分散した非コロイド磁気物質から成る流体であ
るが、これは磁界のもとに置かれるとレオロジー特性
(可塑性、弾性並びに見掛け粘性)又はその他の流体特
性を変化するように作られている。公知の磁気流体組成
の典型的な用途はショック吸収体、クラッチ並びにアク
チュエーティング・モジュールとしてであった。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Magnet-rheological ("MR") fluids are fluids composed of non-colloidal magnetic materials evenly dispersed in a carrier fluid, which, when placed under a magnetic field, have rheological properties ( (Plasticity, elasticity and apparent viscosity) or other fluid properties. Typical applications of known magnetic fluid compositions have been as shock absorbers, clutches and actuating modules.

本発明は加工片の表面をマグネット・レオロジー仕上
げするための改良された方法及び装置に関するものであ
る。本発明においては、加工片の表面はキャリア面の上
にこれとの間にギャップができるようにして置かれる。
MR流体はキャリア面上に置かれ、次いでこのキャリア面
はMR流体をこのギャップを通して搬送する。磁界がこの
ギャップに与えられて、このギャップを流れるMR流体を
実質的に硬化して一時的加工ゾーン又は仕上げスポット
を形成し、加工片表面の物質を除去するようにする。こ
の仕上げスポットは加工片表面よりも小さく、加工片を
キャリア面に相対的に移動することにより加工片はこの
仕上げスポット上を移動することができる。相異なる位
置でこのスポットの休止時間を制御することによりこの
工程は表面滑らかさ、表面下損傷の除去又は形状の補正
を望み通りに高い公差で達成することができる。この加
工片仕上げの工程では、MR流体は熱、研磨剤粒子及び加
工片材料の粒子を運び去ると共にこの加工ゾーンに新鮮
な研磨剤粒子を連続的に供給する。
The present invention relates to an improved method and apparatus for magnet rheological finishing of a work piece surface. In the present invention, the surface of the work piece is placed on the carrier surface with a gap therebetween.
The MR fluid is placed on a carrier surface, which then carries the MR fluid through the gap. A magnetic field is applied to the gap to substantially harden the MR fluid flowing through the gap to form a temporary processing zone or finish spot to remove material on the workpiece surface. The finishing spot is smaller than the work piece surface, and the work piece can move on the finishing spot by moving the work piece relative to the carrier surface. By controlling the dwell time of the spot at different locations, the process can achieve surface smoothness, removal of subsurface damage or shape correction with the desired high tolerance. In this workpiece finishing step, the MR fluid carries away heat, abrasive particles and particles of the workpiece material and continuously supplies fresh abrasive particles to the processing zone.

図1は本発明のMR仕上げ装置10を実施例として示す。
この装置10は垂直方向のキャリア・ホイール12を含み、
このホイールはキャリア面(図2に更に詳細に示されて
いる)を形成する外則リム14を含む。(図示してはいな
いが、このキャリア面は円形トラフの内側の底壁、回転
ベルトの上面又はその他適当な移動面を含むことができ
る。その他別の可能な形状は図19及び20に開示されてい
る。)この垂直ホイールはリボン形の体積のMR流体16を
支持する。このMR流体のリボンは流体供給ノズル18によ
りホイールの一側に置かれてホイールの回転により流体
コレクタ20で回収される離れた側へ搬送される。このホ
イールはこのリボンを加工片表面と磁石により最適の磁
界が与えられるキャリア面との間のギャップ22を通して
搬送する。この垂直キャリア・ホイールはアルミニュウ
ム又はプラスチックもような非磁気材料で形成されるの
が好ましい。
FIG. 1 shows an MR finishing apparatus 10 according to the present invention as an embodiment.
This device 10 includes a vertical carrier wheel 12,
The wheel includes an outer rim 14 that forms a carrier surface (shown in more detail in FIG. 2). (Although not shown, the carrier surface may include the inner bottom wall of a circular trough, the top surface of a rotating belt or other suitable moving surface. Other possible shapes are disclosed in FIGS. 19 and 20. This vertical wheel supports a ribbon-shaped volume of MR fluid 16. The MR fluid ribbon is placed on one side of the wheel by the fluid supply nozzle 18 and is conveyed to a remote side where it is collected by the fluid collector 20 by rotation of the wheel. The wheel transports the ribbon through a gap 22 between the workpiece surface and the carrier surface where the magnet provides the optimum magnetic field. The vertical carrier wheel is preferably formed of a non-magnetic material such as aluminum or plastic.

このキャリア・ホイールはフラットではなく円筒状と
してその幅に渡って凸状のカーブとするのが好ましい。
好適な実施形態においては、このホイールは球断面であ
る。即ち、リムの幅を横切る曲率半径はその円周におい
てホイールの半径にに等しい。仕上げスポットが凸状カ
ーブ面であるキャリア・ホイールの利点はこれが図3に
示すように凸状面はもとよりフラット面及び凹状面の仕
上げに使用できることである。この結果、本発明のキャ
リア・ホイールはその垂直方において任意の形状、例え
ば、トーラス形状及び円筒の仕上げにも使用することが
できる。しかしながら、フラット面の仕上げ専用のホイ
ールはその幅に渡ってフラットなリムを有するのが有利
である。
Preferably, the carrier wheel is cylindrical rather than flat and has a convex curve over its width.
In a preferred embodiment, the wheel has a spherical cross section. That is, the radius of curvature across the width of the rim is equal to the radius of the wheel on its circumference. The advantage of a carrier wheel whose finishing spot is a convex curved surface is that it can be used for finishing flat surfaces and concave surfaces as well as convex surfaces as shown in FIG. As a result, the carrier wheel of the present invention can be used for finishing any shape in its vertical direction, for example, a torus shape and a cylinder. However, wheels dedicated to flat surface finishing advantageously have a flat rim across their width.

垂直キャリア・ホイールを使用することの別の利点は
このホイールがMR流体を加工片にフラット・ホイールよ
りも急角度で接触させることである。図4に示すよう
に、フラット・キャリア面24はMR流体リボンを加工片26
にこれに対して接線に近い角度で典型的に接触させてい
るが、これとは対照的にキャリア・ホイール12はMR流体
リボンを加工片26に比較的鈍い角度で衝突させる。この
結果、このリボンは仕上げスポットに来るときに加工片
の外縁部28によりじゃまされる可能性がそれだけ少な
い。この利点は垂直キャリア・ホイールの使用により除
去速度を減少することなく得ることができる。
Another advantage of using a vertical carrier wheel is that it makes the MR fluid contact the workpiece at a steeper angle than a flat wheel. As shown in FIG. 4, the flat carrier surface 24 is formed by applying an MR fluid ribbon to a workpiece 26.
In contrast to this, the carrier wheel 12 strikes the MR fluid ribbon against the workpiece 26 at a relatively obtuse angle, as opposed to typically at an angle close to the tangent. As a result, the ribbon is less likely to be disturbed by the outer edge 28 of the workpiece when it comes to the finishing spot. This advantage can be obtained without reducing the removal rate by using a vertical carrier wheel.

ギャップでの磁界は電磁石及び永久磁石を含むいかな
る手段によっても形成することができる。本発明の実施
例としての装置においては、磁界はDC電磁石により形成
され、この電磁石はMR流体に磁界を与えるためにキャリ
ア面の下に位置する極片を備えている。この極片の間に
直接に相当するスペースの量は磁気ギャップと呼ぶこと
ができる。この磁気ギャップの外側の磁界は外片磁界と
呼ぶことができる。この外片磁界内の磁界ラインは両極
を結ぶアークである。本発明の極片間の磁気ギャップは
キャリア面の下に位置する。本発明の極片は図1の垂直
ホイール、又はその他適当な形状のキャリア面にて使用
することができる。このMR流体リボンはキャリア面によ
り外辺磁界を通して搬送される。キャリア面が垂直ホイ
ールのリムである場合には極片はそのホイールの両側で
そのリムの下に位置する。
The magnetic field at the gap can be created by any means, including electromagnets and permanent magnets. In a device according to an embodiment of the invention, the magnetic field is formed by a DC electromagnet, which comprises a pole piece located below the carrier surface for applying a magnetic field to the MR fluid. The amount of space directly corresponding between the pole pieces can be referred to as the magnetic gap. The magnetic field outside this magnetic gap can be referred to as the outer piece magnetic field. The magnetic field line in the outer piece magnetic field is an arc connecting both poles. The magnetic gap between the pole pieces of the present invention is located below the carrier plane. The pole piece of the present invention can be used with the vertical wheel of FIG. 1, or any other suitably shaped carrier surface. This MR fluid ribbon is transported by the carrier surface through an outer magnetic field. If the carrier surface is the rim of a vertical wheel, the pole pieces are located below the rim on either side of the wheel.

本発明は加工片とキャリア面との間のギャップにおい
て仕上げスポット又は加工ゾーンが形成される最適の外
片磁界を形成する極片について考察する。この極片はま
た流体コレクタでの磁界強度を最小限としてMR流体の硬
化を防止し、流体ピック・アップを助長するように設定
されるのが好ましい。この両方の目的は磁気ギャップ上
に、即ち、仕上げスポットの方向に、高度の外辺磁界を
形成し、磁気ギャップの下に低度の外辺磁界を形成する
極片により達成することができる。
The present invention contemplates pole pieces that form an optimal outer piece field where a finishing spot or working zone is formed in the gap between the work piece and the carrier surface. The pole pieces are also preferably set to minimize magnetic field strength at the fluid collector to prevent hardening of the MR fluid and facilitate fluid pick-up. Both of these objectives can be achieved by pole pieces that create a high marginal magnetic field above the magnetic gap, i.e. in the direction of the finishing spot, and a low marginal magnetic field below the magnetic gap.

垂直キャリア・ホイールで使用してこれの特徴を有す
ると予想される極片のデザインが実施例として図5に示
されている。図6A及び6Bはこの実施例としての極片の断
面プロフィルであり、極片内部とこれを囲む磁界マグニ
チュード及び方向の界磁ベクトルを含む。このデザイン
はCNC加工ではなく従来の加工手法で形成することがで
きて製造コストを実質的に減少させることができるとい
う利点をも有する。
An example of a pole piece design that is expected to have this feature when used in a vertical carrier wheel is shown in FIG. 5 as an example. FIGS. 6A and 6B are cross-sectional profiles of a pole piece for this embodiment, including the field magnitude inside and within the pole piece and surrounding magnetic field magnitude and direction. This design also has the advantage that it can be formed by conventional processing techniques rather than CNC processing, which can substantially reduce manufacturing costs.

この実施例としての装置は流体循環システムを含む
(図7)。この流体循環システムは流体供給ノズル18、
流体コレクタ20、及びコレクタから供給ノズルへ流体を
再循環させる装置を含む。本発明の流体循環システムは
図1に示すキャリア・ホイールを含むいかなるキャリア
面で使用することができる。
This exemplary device includes a fluid circulation system (FIG. 7). This fluid circulation system includes a fluid supply nozzle 18,
It includes a fluid collector 20, and a device for recirculating fluid from the collector to a supply nozzle. The fluid circulation system of the present invention can be used on any carrier surface, including the carrier wheel shown in FIG.

空気接触によるキャリア流体の蒸発とMR流体の変質を
減少させるために、この流体循環システムはキャリア面
上に一時的に存在する流体のリボン意外は、MR流体を大
気に晒さないようにするのが好ましい。この流体循環シ
ステムはこの仕上げ装置の外部にあるものであるから、
MR流体はコレクタとノズルとの間の如何なる数の制御機
能にも従属することができ、MR流体リボンの生産性及び
予想性を高めることができる。
In order to reduce evaporation of the carrier fluid due to air contact and deterioration of the MR fluid, this fluid circulation system should not expose the MR fluid to the atmosphere except for a ribbon of fluid temporarily present on the carrier surface. preferable. Since this fluid circulation system is external to this finishing device,
The MR fluid can be subject to any number of control functions between the collector and the nozzle, increasing the productivity and predictability of the MR fluid ribbon.

垂直キャリア・ホイール12で使用される流体供給ノズ
ル18は図8に実施例として示されている。この流体供給
ノズルは鉄のように磁気的にエネルギの低い材料である
ことが好ましい。この磁気的にエネルギの低いノズルは
MR流体を磁界から遮断してこれがノズルから離れる前に
硬化するのを防止する。このノズルと供給用のチューブ
はMR流体の薄層の流れを提供するのが好ましい。このノ
ズルは内部をテーパー状とすることができる。このノズ
ルはその放出端をキャリア面に直接接触させてもよく、
或いは直接でなくともよい。直接接触させる場合にはテ
フロン又は同様のコーテイィングをキャリア面に施せば
磨耗の防止に有利である。ノズルから出る流体の軌道キ
ャリア面に接線状になるのが好ましい。
The fluid supply nozzle 18 used in the vertical carrier wheel 12 is shown by way of example in FIG. The fluid supply nozzle is preferably made of a material having a low magnetic energy, such as iron. This magnetically low energy nozzle
Isolates the MR fluid from the magnetic field and prevents it from hardening before leaving the nozzle. The nozzle and supply tube preferably provide a laminar flow of MR fluid. This nozzle may have a tapered interior. The nozzle may have its discharge end in direct contact with the carrier surface,
Alternatively, it may not be direct. For direct contact, applying a Teflon or similar coating to the carrier surface is advantageous in preventing wear. Preferably, it is tangential to the orbit carrier surface of the fluid exiting the nozzle.

一実施例として、MR流体リボンはMR流体がキャリア面
に置かれる時に流体供給ノズルにより形成される。別の
実施例としては、このリボンはキャリア面に接触又はほ
ぼ接触されたスクレーパにより形成される。この場合
は、このスクレーパはノズルによりキャリア面に置かれ
るMR流体を形成する開口を有する。この実施例ではMR流
体はスクレーパの背後でプールを形成するが故に、キャ
リア面に円形トラフ状の側壁(図示せず)を設けること
ができる。このノズル又はスクレーパはいくらかの磁界
の強さに晒される領域に置いてMRリボンがノズル又はス
クレーパから受ける形状を実質的に維持する適応性を有
するようにするのが好ましい。
In one embodiment, the MR fluid ribbon is formed by a fluid supply nozzle when the MR fluid is placed on a carrier surface. In another embodiment, the ribbon is formed by a scraper in contact or near contact with the carrier surface. In this case, the scraper has an opening that forms an MR fluid that is placed on the carrier surface by the nozzle. In this embodiment, since the MR fluid forms a pool behind the scraper, a circular trough-like side wall (not shown) can be provided on the carrier surface. The nozzle or scraper is preferably located in an area that is exposed to some magnetic field strength so that the MR ribbon has the flexibility to substantially maintain the shape it receives from the nozzle or scraper.

ノズル又はスクレーパの形状はリボンの断面サイズ及
び形状を決定する一要素である。これはまた仕上げスポ
ットのサイズに影響を与える。即ち、狭いリボンは狭い
仕上げスポットを形成する。狭いスポットはその仕上げ
工程においてそれだけ高い分解能を提供することがで
き、従って非常に小さな加工片の仕上げには特に有効で
ある。図9Dはスクレーパ48の斜視図であり、これは三角
断面の三角リボンを形成するために使用される。この
「テーパー状の」リボンは直径5mmのようなレンズを完
全に仕上げるために使用されたものである。
The shape of the nozzle or scraper is one factor that determines the cross-sectional size and shape of the ribbon. This also affects the size of the finishing spot. That is, narrow ribbons form narrow finish spots. Narrow spots can provide higher resolution in the finishing process and are therefore particularly useful for finishing very small workpieces. FIG. 9D is a perspective view of the scraper 48, which is used to form a triangular ribbon with a triangular cross section. This "tapered" ribbon was used to perfect a lens with a diameter of 5mm.

図9Bはスクレーパ50の斜視図であり、これはこの歯パ
ターンののこ歯形リボンを形成するために使用される。
このスクレーパはこの形状を維持してこの形状を加工片
に移動するリボンを形成することができることを示すこ
とを目的として作られたものである。図9AはK7ガラスで
作られたもともとフラットな加工片の斜視図であり、こ
れは図9Bのスクレーパで形成されたリボンに5分間接触
させて形成されたものである。図9CはRank Taylor Hobs
en From Talysurf(登録商標)プロフィラで取った図9A
の加工片のプロフィルである。
FIG. 9B is a perspective view of the scraper 50, which is used to form a sawtooth ribbon of this tooth pattern.
The scraper was created to show that it can maintain this shape and form a ribbon that moves this shape to the work piece. FIG. 9A is a perspective view of an originally flat work piece made of K7 glass, formed by contacting the ribbon formed by the scraper of FIG. 9B for 5 minutes. Figure 9C shows Rank Taylor Hobs
Figure 9A taken with the en From Talysurf® profiler
The profile of the work piece.

図7は流体循環システムの概略図である。図示のよう
に、このMR流体は1つ又はこれ以上の供給ポンプで加圧
することができる。この流体循環システムはキャリア面
の線速度と同等又はこれ以上の線速度でMR流体をキャリ
ア面に供給する。MR流体供給速度がキャリア面の速度よ
りも遅い時には不連続のリボンが形成される。流体供給
速度がキャリア面の速度よりも速い時にはそれだけ厚い
リボンが形成される。リボンの厚さはMR流体供給速度を
変化することにより制御することができる。数学的に表
わすと、流体供給速度Q(cm3/sec)はリボンの断面積
S(cm2)掛けるキャリア面の線速度V(cm/sec)に等
しい。即ち、Q=S×Vである。このように任意のキャ
リア面の速度については、流体供給速度Qの増昇がリボ
ン断面積Sの増加となる。同様に任意の流体供給速度Q
については、キャリア面速度Vの低下がリボン断面積S
の増加となる。
FIG. 7 is a schematic diagram of a fluid circulation system. As shown, the MR fluid can be pressurized with one or more feed pumps. The fluid circulation system supplies the MR fluid to the carrier surface at a linear velocity equal to or higher than the linear velocity of the carrier surface. When the MR fluid supply speed is lower than the carrier surface speed, a discontinuous ribbon is formed. When the fluid supply speed is faster than the carrier surface speed, a thicker ribbon is formed. Ribbon thickness can be controlled by changing the MR fluid supply rate. Expressed mathematically, the fluid supply rate Q (cm 3 / sec) is equal to the ribbon cross-sectional area S (cm 2 ) times the linear velocity V (cm / sec) of the carrier surface. That is, Q = S × V. As described above, for an arbitrary carrier surface speed, an increase in the fluid supply speed Q results in an increase in the ribbon cross-sectional area S. Similarly, any fluid supply speed Q
The reduction in the carrier surface velocity V is caused by the ribbon cross-sectional area S
Increase.

流体コレクタ20(図10)はゴム、可撓性プラスチック
等のピックアップスクレーパ52で、流体をキャリア面か
ら分離する掃除器として機能するものを含む。このピッ
クアップスクレーパのホイール係合部はキャリア面の形
状に合致すべきである。このホイール係合部はカップ形
又はU形で、その開口側からMR流体リボンが入るものが
好ましい。流体コレクタ20はMR流体を吸い込むための1
つ又はこれ以上の吸込ポンプに接続されるのが好まし
い。この流体コレクタは鉄のような磁気的にエネルギの
低い材料の磁気シールドを含むか、或いはこれでカバー
されると有利である。この磁気シールドはMR流体を周囲
の磁界の影響から実質的に開放してこの流体が粘度の少
ない状態に戻ることができるようにする。更に、このコ
レクタは磁極片からノズルよりも遠い位置にあるので、
磁界に対する露出度を減少するようにするのに有利であ
る。
Fluid collector 20 (FIG. 10) includes a pickup scraper 52, such as rubber, flexible plastic, etc., that functions as a vacuum cleaner to separate fluid from the carrier surface. The wheel engaging portion of the pickup scraper should conform to the shape of the carrier surface. The wheel engaging portion is preferably cup-shaped or U-shaped, into which the MR fluid ribbon enters from the opening side. The fluid collector 20 is used to suck MR fluid.
Preferably, it is connected to one or more suction pumps. The fluid collector advantageously includes or is covered by a magnetic shield of a magnetically low energy material such as iron. The magnetic shield substantially frees the MR fluid from the effects of the surrounding magnetic field, allowing the fluid to return to a less viscous state. Furthermore, because this collector is farther from the pole piece than the nozzle,
This is advantageous for reducing the degree of exposure to a magnetic field.

この循環システムは蠕動性のポンプを使用しているの
で研磨剤粒子を含むMR流体と交換が困難な劣化し易い部
品との接触部を少なくする利点がある。蠕動性のポンプ
においては、MR流体による研耗に晒される部分のみが短
いチューブであり、これは数百時間の使用に耐え、また
安価で交換することができる。蠕動性ポンプはこれ自体
が相対的に安価である。このポンプは低流速度で動作し
てリボンにギャップを生じないことが判明した。2つ又
はこれ以上のポンプを並列に使用して振幅を減少させる
ようなパルスの発生を調整することができる。好適な実
施形態においては、2つの3頭供給ポンプ32が使用され
てそのドライブ・ヘッドは相互に関して60°のオフセッ
トとなっている。
Since this circulation system uses a peristaltic pump, it has the advantage of reducing the number of contacts between the MR fluid containing abrasive particles and easily deteriorated components that are difficult to exchange. In peristaltic pumps, only the part exposed to wear by the MR fluid is a short tube, which can last for hundreds of hours and can be replaced cheaply. Peristaltic pumps are themselves relatively inexpensive. The pump was found to operate at low flow speeds without gaps in the ribbon. Two or more pumps can be used in parallel to adjust the pulse generation to reduce the amplitude. In the preferred embodiment, two three-feed pumps 32 are used, the drive heads of which are offset by 60 ° with respect to each other.

MSTERFLEX(登録商標)6485−82 PharMed(登録商
標)チューブをこの流体循環システムの吸込み部として
使用することができる。IMPERIAL−EASTMAN3/8チューブ
をこの流体循環システムの供給部として使用することが
できる。EASY LOAD MASTERFLEX.(登録商標)ポンプ、m
od.no.7929−00を供給ポンプとして使用することができ
る。COLE−PALMER MASTERFLEX(登録商標)ポンプ、mo
d.no.7019−25を吸込みポンプとして使用することがで
きる。永久磁石モータmod.no.2M168C、DaytonをDC速度
制御mod.no.5X485C、Daytonと共にポンプの駆動に使用
することができる。
MSTERFLEX® 6485-82 PharMed® tubing can be used as the suction for this fluid circulation system. IMPERIAL-EASTMAN 3/8 tubing can be used as a supply for this fluid circulation system. EASY LOAD MASTERFLEX. (Registered trademark) pump, m
od. no. 7929-00 can be used as the feed pump. COLE-PALMER MASTERFLEX (registered trademark) pump, mo
d.no. 7019-25 can be used as a suction pump. Permanent magnet motor mod.no.2M168C, Dayton can be used to drive the pump with DC speed control mod.no.5X485C, Dayton.

コレクタによりキャリア・ホイールから取り出された
MR流体は図11Aに示すように貯蔵器36へ送ることができ
る。PP NALGENE(登録商標)、1000ml分離ファネルを貯
蔵器として使用することができる。MR流体はこのような
貯蔵器に十分な力で供給されて与えられた磁界により形
成された残留磁気粒子構造を破壊することでMR流体を均
質化するのが好ましい。しかしながら、この貯蔵器はこ
の目的のために攪拌器38のような動揺装置をも含むこと
ができる。Laboratory攪拌器TLINE、mod.no.102をこの
目的のために使用することができる。また、別の攪拌又
は均質装置を使用することもできる。この貯蔵器はステ
ンレス鋼のような非磁性、耐磨耗材料のものとすること
ができる。これはMR流体が動揺できる場所に沈殿ゾーン
を設けない円錐形又はその他の形状とすることができ
る。これは攪拌器が大きな容積の貯蔵器に行き渡ってフ
ィットし、沈殿ゾーンを残さない形状とすることができ
る(図11B)。
Removed from carrier wheel by collector
The MR fluid can be sent to a reservoir 36 as shown in FIG. 11A. PP NALGENE®, a 1000 ml separation funnel can be used as a reservoir. The MR fluid is preferably supplied to such a reservoir with sufficient force to homogenize the MR fluid by disrupting the remanent magnetic particle structure formed by the applied magnetic field. However, the reservoir can also include a rocking device such as a stirrer 38 for this purpose. Laboratory stirrer TLINE, mod.no.102, can be used for this purpose. Also, other stirring or homogenizing devices can be used. The reservoir may be of a non-magnetic, wear-resistant material such as stainless steel. This can be conical or other shapes that do not provide a sedimentation zone where the MR fluid can wander. This allows the shape of the stirrer to fit over a large volume reservoir and leave no sedimentation zone (FIG. 11B).

また、この流体循環システムは仕上げゾーンで発生し
てMR流体により運び去られる熱を除去する冷却機構のよ
うな温度制御装置を含むことができる。MR流体の温度は
MR流体循環ポンプの動作又は電磁石が発生する熱によっ
ても増大する。無制御の高熱MR流体の粘度を低下させて
キャリア流体の蒸発率を高める。無制御の高熱はまたこ
の装置の商品の熱膨張を発生してMR流体における加工片
の位置決め不正確なものとし、その結果として形状制御
が失われることとなる。実施例としての装置において
は、MR流体は貯蔵器に冷却コイル40を浸すことで冷却さ
れる。一定の温度冷却水がBrinkman Lauda RM6のような
閉ループ冷却器に接続した冷却コイルに供給される。MR
流体の温度は約21〜22℃で典型的に維持される。
The fluid circulation system can also include a temperature controller, such as a cooling mechanism, to remove heat generated in the finishing zone and carried away by the MR fluid. The temperature of MR fluid is
It is also increased by the operation of the MR fluid circulation pump or the heat generated by the electromagnet. The viscosity of the uncontrolled high heat MR fluid is reduced to increase the evaporation rate of the carrier fluid. Uncontrolled high heat can also cause thermal expansion of the product of the device, resulting in inaccurate positioning of the workpiece in the MR fluid, resulting in loss of shape control. In an exemplary device, the MR fluid is cooled by immersing a cooling coil 40 in a reservoir. Constant temperature cooling water is supplied to a cooling coil connected to a closed loop cooler such as Brinkman Lauda RM6. MR
The temperature of the fluid is typically maintained at about 21-22C.

この流体循環システムは自動粘度制御システムのよう
な組成制御装置をも含むものとして、MR流体からのキャ
リア流体の蒸発又はその他の原因に対してその損失を回
復することができる。自動粘度制御システム54はキャリ
ア流体を貯蔵器に自動的にドリップしてその損失を補う
ことでMR流体は一定の粘性に維持することができる。こ
の粘度制御システムはキャリア流体56の貯蔵器と共にキ
ャリア流体ポンプ44に機能的に接続された粘性監視装置
を含むことができる。図7に示す実施例としての装置に
おいて、粘度は供給ラインにおいて1つ又はこれ以上の
圧力プローブを使用して監視される。供給ポンプと供給
ノズルとの間の圧力変化は一定の流速に対する粘性変化
に比例するからである。好ましい圧力プローブとしては
Cooper PFD 102のようなダイアフラム・センサである。
これはラインにおいてMR流体が沈殿してセンサに詰まる
原因としての沈滞点を減少する。この圧力プローブ信号
(又は複数のプローブが使用された場合には連続する圧
力プローブからの信号の差)は流体の流れが一定であれ
ばMR流体の粘度に比例する。この圧力プローブ信号(又
は差信号)は基準値と比較され、その信号が基準値を越
えると誤差信号が電気的リレー又はモータ・ドライバに
送られてキャリア流体ミニ・ポンプ44をこの信号が基準
値以下になるまで作動する。実施例によっては、圧力プ
ローブ信号(又は差信号)と誤差信号との比例定数が選
択されねばならず、これによって補正過剰(振動の発
生)又は補正不足(粘度制御の緩慢)を回避する。
The fluid circulation system may also include a composition controller, such as an automatic viscosity control system, to recover the loss of the carrier fluid from evaporation or other causes from the MR fluid. The automatic viscosity control system 54 can maintain the MR fluid at a constant viscosity by automatically dripping the carrier fluid into the reservoir to compensate for the loss. The viscosity control system may include a viscosity monitor operatively connected to the carrier fluid pump 44 with a reservoir of the carrier fluid 56. In the exemplary apparatus shown in FIG. 7, the viscosity is monitored using one or more pressure probes in the feed line. This is because the change in pressure between the supply pump and the supply nozzle is proportional to the change in viscosity for a constant flow rate. Preferred pressure probes
A diaphragm sensor like the Cooper PFD 102.
This reduces the stagnation point as a cause of MR fluid settling in the line and clogging the sensor. This pressure probe signal (or the difference between the signals from successive pressure probes if multiple probes are used) is proportional to the viscosity of the MR fluid if the fluid flow is constant. The pressure probe signal (or difference signal) is compared to a reference value, and if the signal exceeds the reference value, an error signal is sent to an electrical relay or motor driver to cause the carrier fluid mini-pump 44 to send the signal to the reference value. It works until it becomes below. In some embodiments, a proportionality constant between the pressure probe signal (or difference signal) and the error signal must be selected to avoid over-compensation (occurrence of vibration) or under-compensation (slow viscosity control).

また、このMR流体の磁気粒子の集中はインダクタンス
・プローブ、例えばMR流体を搬送するチューブの周囲に
巻かれたワイヤ・コイルを使用して監視することができ
る。このコイルからの高インダクタンスの読み取りは高
度の磁気粒子集中及び高度のMR流体粘度を表示する。し
かしながら、この技術は温度変化又は非磁気粒子の集中
により問題となる粘度変化を検出しない。これはMR流体
の安定性の二次的表示装置と考えるべきである。圧力測
定はインダクタンス測定よりも感度がよいことが証明さ
れた。
Also, the concentration of the magnetic particles in the MR fluid can be monitored using an inductance probe, for example, a wire coil wound around a tube carrying the MR fluid. High inductance readings from this coil indicate high magnetic particle concentration and high MR fluid viscosity. However, this technique does not detect changes in viscosity that are problematic due to temperature changes or concentration of non-magnetic particles. This should be considered as a secondary indicator of the stability of the MR fluid. Pressure measurements proved to be more sensitive than inductance measurements.

安定したMR流体の選択は再生産が可能で且つ予想が可
能な仕上げ効率を著しく高める。多くのMR流体の組成は
オイル・ベース及びウオータ・ベースの流体を含めて業
界では周知である。本出願は大概のアプリケーションに
関して水成のキャリア流体をベースとするのが好ましい
MR流体の使用を考察する。しかしながら、水成のキャリ
ア流体はKDP(KH2PO4)クリスタルから成る加工片のよ
うな水溶解性の加工片に対する使用には適当とは言えな
い。
The selection of a stable MR fluid significantly increases the reproducible and predictable finishing efficiency. The composition of many MR fluids is well known in the art, including oil-based and water-based fluids. This application is preferably based on aqueous carrier fluids for most applications
Consider the use of MR fluid. However, aqueous carrier fluids are not suitable for use on water-soluble workpieces, such as workpieces made of KDP (KH 2 PO 4 ) crystals.

このMR流体はカルボン鉄粒子のような非コロイド磁性
粒子を含んでいる。表1はMR流体において有効と判明し
たGAF社から得られる4種のカルボニル鉄粉末を示すも
のである。
This MR fluid contains non-colloidal magnetic particles, such as carboxylic iron particles. Table 1 shows four carbonyl iron powders obtained from GAF which were found to be effective in MR fluids.

物質の除去能力を高めるために、このMR流体はまた酸
化セリウム(CeO2)のような非磁性研磨材料を含む。こ
の非磁性研磨材料の選択は仕上げが施される加工片の物
理的特性(即ち、硬さ)及び化学的特性(即ち、化学的
耐久性)に基いて為される。表2はMR流体の処方リスト
であって、融解石英の加工片を回転トラフ・キャリア面
を使用した装置で本発明の方法で仕上げるためにこのMR
流体を使用した時に得られた種々の研磨粒子及び除去速
度を使用したリストである。除去速度はこの加工片のプ
ロフィルがZyogo Mark IV xp(登録商標)インタフェロ
メータで取る前と取った後の比較で測定したものであ
る。最初の2つの処方は追加研磨剤を含まない。これら
はカルボン鉄だけの研磨特性に基くものである。表3は
種々の加工片材料に関する除去速度のリストであって、
酸化セリウム研磨剤(表2の処方D)を含む標準的MR流
体処方と、回転トラフ・キャリア面を使用した装置で本
発明の方法を使用して酸化セリウムとナノ・ダイアモン
ド研磨剤(表2の処方E)を含む高度の処方をもって得
られたリストである。このデータは本発明の方法がサフ
ァイア(AI2O3)のように非常に硬質の材料を仕上げる
上で有効であることを示すものである。
To increase the ability to remove material, the MR fluid also includes a non-magnetic polishing material such as cerium oxide (CeO 2 ). The choice of non-magnetic abrasive material is based on the physical properties (ie, hardness) and chemical properties (ie, chemical durability) of the workpiece to be finished. Table 2 is a list of recipes for MR fluids, which were used to finish fused quartz workpieces with the method of the present invention using equipment using a rotating trough carrier surface.
5 is a list using various abrasive particles and removal rates obtained when using a fluid. The removal rate was measured by comparing the profile of the work piece before and after taking it with a Zyogo Mark IV xp® interferometer. The first two formulations contain no additional abrasive. These are based on the polishing properties of carboxylic iron alone. Table 3 is a list of removal rates for various workpiece materials,
A standard MR fluid formulation containing a cerium oxide abrasive (Formulation D in Table 2) and a cerium oxide and nano diamond abrasive (Table 2) using the method of the present invention in an apparatus using a rotating trough carrier surface. Fig. 2 is a list obtained with advanced formulas including formula E). This data shows that the method of the present invention is effective in finishing very hard materials such as sapphire (AI 2 O 3 ).

仕上げスポットが研磨剤粒子のサイズに相対的に敏感
でないのは本発明の利点である。図12は研磨剤粒子のサ
イズを変えて得られた仕上げスポットの幅と長さを示す
グラフである。この仕上げスポットはZygo Mark IV ex
(登録商標)インタフェロメータで測定したものであ
る。スポット・サイズは粒子2〜40ミクロンで相対的に
一定である。更に本発明載り点は所望しないオーバ・サ
イズの研磨剤粒子が比較的トラブルにならないことであ
る。その理由は、個体ラップとは違って、これら粒子は
詰まって加工片の表面を傷つけることがないからであ
る。
It is an advantage of the present invention that the finishing spot is relatively insensitive to the size of the abrasive particles. FIG. 12 is a graph showing the width and length of the finishing spot obtained by changing the size of the abrasive particles. This finishing spot is Zygo Mark IV ex
(Registered trademark) measured with an interferometer. The spot size is relatively constant between 2 and 40 microns of particles. A further point of the invention is that unwanted oversized abrasive particles are relatively trouble free. This is because, unlike solid wrap, these particles do not clog and damage the surface of the work piece.

このMR流体はまたグリセリンのような安定剤を含む。
この安定剤はこのMR流体に粘度を付加して磁気粒子及び
研磨剤粒子を浮游状態に維持する状況を作り出すために
使用される。しかしながら、グリセリンのような安定剤
を過剰に使用するのはケイ酸塩ガラスのような材料の仕
上げには有害である。グリセリンはこのガラスの表面を
水和させてこれを軟化する水の作用を妨げると考えられ
る。
The MR fluid also contains a stabilizer such as glycerin.
The stabilizer is used to add viscosity to the MR fluid to create a situation that keeps the magnetic and abrasive particles suspended. However, excessive use of stabilizers such as glycerin is detrimental to finishing materials such as silicate glasses. Glycerin is thought to interfere with the action of water to hydrate and soften the surface of the glass.

このMR流体のいかなる形の減成もMR仕上げにおいて支
障を生ずる可能性がある。不安定なMR流体は予想できる
仕上げスポットをそれだけ発生いないからである。さび
は本発明のタイプのMR流体においては安定性の上で問題
を起こす可能性がある。この流体は細かく砕いた鉄の粒
子を水成スラリとして使用するからである。酸化鉄はカ
ルボン鉄とは異なる磁気特性を有するが故に、さびのあ
るMR流体の磁気特性はたえず変化し、従って、さびは予
想を不可能とする原因となる。更に、さびは加工片を汚
す可能性がある。
Any form of degradation of this MR fluid can cause problems in MR finishing. This is because unstable MR fluids do not produce as many predictable finish spots. Rust can cause stability problems in MR fluids of the type of the present invention. This fluid uses finely crushed iron particles as an aqueous slurry. Because iron oxide has different magnetic properties than carboxyl iron, the magnetic properties of rusted MR fluids are constantly changing, and thus rust causes unpredictability. In addition, rust can stain the workpiece.

このMR流体は部分的に大気に露出するので、二酸化炭
素を吸収してこの流体のpHを低下し、金属の酸化を促進
する。脱イオン水を使用すれば腐食を遅らせることはで
きるが、これは問題を完全に解決することとはならず、
不便と経費を増すこととなる。
Since the MR fluid is partially exposed to the atmosphere, it absorbs carbon dioxide and lowers the pH of the fluid, promoting metal oxidation. Although the use of deionized water can slow down corrosion, it does not completely solve the problem,
Inconvenience and expense will increase.

pHを約10まで上げるだけのアルカリを加えると、安定
性を改善すると共に除去速度を向上させることが判明し
た。本願において特に有効なアルカリはNa2CO3のような
緩衝剤である。更に、アルカリ緩衝剤を使用することの
利点は脱イオン水の使用の必要はなく、これに代えてタ
ップ水を使用することができることである。図13は1つ
のユニットのスターティング速度に標準化された体積除
去速度であって、3つの相異なるキャリア流体、即ち、
pH7の脱イオン(DI)水、NaOHでpH10としたDI水、及びN
a2CO3でpH10としたタップ水で作られたMR流体に関して
6時間又はこれ以上の期間に渡って測定したものの速度
のグラフを示す。(注意すべきことは、このDI水は理論
的にはpH7と想定される。これはイオンを含まないから
そのpHは従来のプローブを使用して測定することはでき
ない。)この仕上げの工程は、回転トラフ・キャリア面
を使用した装置で、異にするキャリア流体以外は同じ処
方を使用し、同じ加工片を使用して本発明の方法により
行われ、その除去速度は上記のように測定された。Na2C
O3を含むpH10の流体の除去速度は高かったが、NaOHを含
むpH10の流体の除去速度は7時間の使用の後には初期速
度の80%に落ち、pH7の流体の除去速度は2時間後には
初期値の約60%に落ちて不安定となった。表4は体積除
去速度(秒当たり除去される物質の体積)が約30%増加
し、ピーク除去速度(秒当たり除去される物質の深さ)
が約50%増加し、これはpH10キャリア流体(工程1及び
2)を使用した場合で、pH7のキャリア流体(工程3及
び4)と比較して示すものである。表4の仕上げ工程は
回転トラフ・キャリア面を使用した装置で同じ加工片を
使用して行われ、その除去速度は上記のように測定され
た。
It has been found that the addition of an alkali sufficient to raise the pH to about 10 improves the stability and the removal rate. Particularly effective alkalis in this application are buffers such as Na 2 CO 3 . Further, the advantage of using an alkaline buffer is that there is no need to use deionized water, and tap water can be used instead. FIG. 13 shows the volume removal rate normalized to the starting rate of one unit, showing three different carrier fluids:
Deionized (DI) water at pH 7, DI water adjusted to pH 10 with NaOH, and N
Although it was measured over a 6 hour or more time periods with respect to MR fluids made with tap water and pH10 with a 2 CO 3 shows a graph of the velocity. (Note that this DI water is theoretically assumed to have a pH of 7, which is ion free and its pH cannot be measured using conventional probes.) In a device using a rotating trough carrier surface, the same prescription is used, except for the different carrier fluids, using the same workpiece, according to the method of the present invention, the removal rate of which is measured as described above. Was. Na 2 C
The removal rate of the pH 10 fluid containing O 3 was high, but the removal rate of the pH 10 fluid containing NaOH dropped to 80% of the initial rate after 7 hours of use, and the removal rate of the pH 7 fluid after 2 hours. Became unstable by dropping to about 60% of the initial value. Table 4 shows that the volume removal rate (volume of material removed per second) increased by about 30% and the peak removal rate (depth of material removed per second).
Is increased by about 50%, as compared to the carrier fluid at pH 7 (Steps 3 and 4) using the pH 10 carrier fluid (Steps 1 and 2). The finishing steps in Table 4 were performed on the same work piece in an apparatus using a rotating trough carrier surface, and the removal rates were measured as described above.

本発明はMR流体を考察する。このMR流体は水成キャリ
ア流体から成り、このキャリア流体はNa2CO3のようなア
ルカリ緩衝剤を含み、これは改良された安定性、さびに
対する抵抗及び改良された除去速度を実証し、またタッ
プ水で処方することができる。
The present invention contemplates MR fluids. The MR fluid consists MizuNaru carrier fluid, the carrier fluid comprises an alkali buffering agent such as Na 2 CO 3, which demonstrates improved stability, the removal rate is resistance and improvements to rust, also Can be prescribed with tap water.

仕上げされる加工片26は回転可能な加工片スピンドル
46から成る加工片保持体に装着される。この保持体は非
磁性材料であることが好ましい。このスピンドルは下降
して加工片はMR流体リボンに接触され、仕上げスポット
とを形成する(図14)。角度θは変えられるが故に、仕
上げスポットはレンズの中心から縁部まで移動する(図
15)。加工片は回転的には相称であるので、このスピン
ドルは加工片をスピンドル軸を中心に回転させる。加工
片は回転し且つ移動しているのであるから、仕上げスポ
ットはこの加工片上で中心から縁部へ物質をリング状に
除去する。レンズ上の各位置での休止時間はこの加工片
の形状エラーが補正されるように制御される。この休止
時間の決定とスピンドルの運動の制御はコンピュータに
より為される。
The workpiece 26 to be finished is a rotatable workpiece spindle
It is mounted on a workpiece holder consisting of 46 pieces. This support is preferably a non-magnetic material. The spindle is lowered and the workpiece is brought into contact with the MR fluid ribbon to form a finishing spot (FIG. 14). Because the angle θ can be changed, the finishing spot moves from the center of the lens to the edge (Fig.
15). Since the workpiece is rotationally symmetric, this spindle rotates the workpiece about the spindle axis. Since the workpiece is rotating and moving, the finishing spot removes material from the center to the edge of the workpiece in a ring. The pause time at each position on the lens is controlled so that the shape error of the workpiece is corrected. The determination of the pause time and the control of the movement of the spindle are performed by a computer.

角度θは垂直軸に相対的に測定される。このスピンド
ルはピボット点を中心に角度θの範囲で旋回する。この
スピンドルは角度θの範囲でどの方向にも旋回できる
が、MR流体の運動方向に平行な方向又は直角の方向へ旋
回するにが好ましい。図1の装置において、キャリア・
ホイール12はZ軸を中心に回転することができ、角度θ
がMR流体の運動方向に相対的に旋回する方向をオペレー
タが変化できるようにしている。
Is measured relative to the vertical axis. This spindle turns around a pivot point within a range of an angle θ. This spindle can be turned in any direction within the range of the angle θ, but is preferably turned in a direction parallel to or perpendicular to the direction of motion of the MR fluid. In the apparatus of FIG.
The wheel 12 can rotate about the Z axis, and the angle θ
Allows the operator to change the direction of rotation relative to the direction of motion of the MR fluid.

通常は、スピンドルの回転速度は一定に維持される。
典型的な速度は75rpmである。しかしながら、回転的に
相称的でない加工片の仕上げ、或いは回転的に相称的で
ない傷を補正するために、スピンドルの速度はスピンド
ルの回転位置の関係として変えることができる。筒のよ
うな加工片に関しては、スピンドルの運動はこれを回転
せずして、移動及び旋回運動とすることができる。フラ
ットの加工片に関しては、スピンドルの運動はこれを旋
回せずして、移動運動と回転運動の組合せとすることが
でき、或いは移動運動をラスタ・パターンで行わせるこ
とができる。
Normally, the rotational speed of the spindle is kept constant.
Typical speed is 75 rpm. However, the spindle speed can be varied as a function of the rotational position of the spindle to finish the rotationally non-symmetric workpiece or to compensate for the rotationally non-symmetrical flaws. For a workpiece such as a cylinder, the movement of the spindle can be a moving and pivoting movement without rotating it. For a flat work piece, the movement of the spindle can be a combination of movement and rotation without rotating it, or the movement can be performed in a raster pattern.

仕上げスポットの加工片の表面上を移動させる或るシ
ステムにおいては、角度θが可変であるだけである。こ
のシステムにおいては、スピンドルは加工片がMR流体リ
ボンに接触するまで下げられる。次いでスピンドルは機
械的ピボット点、即ち、スピンドルをキャリア面の上方
で保持する回転ジョイントから成るB軸を中心に角度θ
の範囲で回転される。このB軸は図1に示すようにY軸
に平行である。このシステムにおいては、加工片が球形
であれば、一定の加工ギャップ(即ち、加工片とキャリ
ア面との間のギャップ)が維持されるが、加工片が球面
状の場合にはそうではない。しかしながら、仕上げスポ
ットがギャップ高さの大きな変化を許容するのが本発明
の利点である。この理由で、球面の加工片は、図2に実
施例として示すように、スピンドルが球面運動に制限さ
れれば、仕上げを施すことができる。
In some systems in which the finishing spot is moved over the workpiece surface, the angle θ is only variable. In this system, the spindle is lowered until the workpiece contacts the MR fluid ribbon. The spindle is then angled about a mechanical pivot point, i.e., the B axis, which consists of a rotating joint that holds the spindle above the carrier plane.
Is rotated in the range. This B axis is parallel to the Y axis as shown in FIG. In this system, a constant processing gap (i.e., the gap between the workpiece and the carrier surface) is maintained if the workpiece is spherical, but not if the workpiece is spherical. However, it is an advantage of the present invention that the finishing spot allows a large change in gap height. For this reason, spherical workpieces can be finished if the spindle is limited to spherical motion, as shown in the example in FIG.

回転的に相称の加工片をつや出しする別のシステムが
図1に示されている。この実施例においては、スピンド
ルの運動は加工片を回転させる運動とは別に、3段階に
自由に減速される。スピンドル軸の運動はXZ面に限定さ
れる。このスピンドルはZ軸に沿って上下に運動し、X
軸に沿って左右に運動し、そして角度θの範囲でB軸を
中心に時計方向又は反時計方向へ回転する。
Another system for rotationally polishing a symmetric workpiece is shown in FIG. In this embodiment, the movement of the spindle is freely decelerated in three steps separately from the movement of rotating the workpiece. The movement of the spindle axis is limited to the XZ plane. This spindle moves up and down along the Z axis,
It moves left and right along the axis and rotates clockwise or counterclockwise about the B axis within an angle θ.

この装置はまた2つの受動的自由度を有する。キャリ
ア・ホイール及びその支持ベースZ軸を中心に手動で回
転されてこのホイールがX軸に平行又は直角になるよう
になっている。このスピンドルはY軸に沿って手動で動
かされて、装置の組立時にスピンドルとホイールの微調
節ができるようになっている。
This device also has two passive degrees of freedom. The carrier wheel and its supporting base are manually rotated about the Z axis such that the wheel is parallel or perpendicular to the X axis. The spindle is manually moved along the Y axis to allow for fine adjustment of the spindle and wheels during assembly of the device.

これら作用軸を同期して移動することにより加工片を
操作することができ、加工ギャップは一定に維持され、
仕上げゾーンは加工片の中心からその縁部へ直径に沿っ
て移動される。
The work piece can be operated by synchronously moving these action axes, the machining gap is kept constant,
The finishing zone is moved along the diameter from the center of the workpiece to its edge.

スピンドル・アームの運動の制御は適当な機械的手段
により行うことができる。このスピンドル・アーム・コ
ントローラの動作はコンピュータにより制御することが
できる。
Control of the movement of the spindle arm can be effected by suitable mechanical means. The operation of the spindle arm controller can be controlled by a computer.

部材のコンピュータ制御仕上げは図16に示す工程で行
うことができる。Forbes−Dums Finishing Algorithm
(FDFA)と呼ばれるコンピュータ・コードが使用され
る。これは3つの入力を要件とする。A)MRF除去機能
又は仕上「スポット」の形状及び大きさ、B)最初の加
工片表面の形状、及びC)処理の対象である。例えば、
dc物質の除去、形の補正、或いはこの両者、である。出
力として、このFDFAはMCOPとして知られる装置制御動作
プログラムを発生する。このFDFAはまた処理後の部材に
残る残留面形状エラーの予告も行う。このMRF装置はMCO
Pにより制御されて加工片の仕上げを行う。
Computer controlled finishing of the parts can be accomplished with the steps shown in FIG. Forbes-Dums Finishing Algorithm
Computer code called (FDFA) is used. This requires three inputs. A) the shape and size of the MRF removal function or finish "spot"; B) the shape of the initial work piece surface; and C) the subject of processing. For example,
dc material removal, shape correction, or both. As output, this FDFA generates a device control operating program known as MCOP. The FDFA also gives notice of residual surface shape errors remaining in the processed member. This MRF device is an MCO
Finishing of the work piece is controlled by P.

このMRF除去機能は仕上げの対象と同じ材料及び形状
のテスト片のスポットを発生することにより得ることが
できる。この除去「スポット」のインターフェログラム
はZyogo Mark IV ex(登録商標)のようなインターフェ
ロメータにより記録され、読み出されてコンピュータ・
コードに装荷される。これとは別に、予め記録され、保
存された「スポット」プロフィルがデータベースから読
み出して使用するようにすることもできる。
This MRF removal function can be obtained by generating a spot of a test piece having the same material and shape as the object to be finished. The interferogram of this ablated “spot” is recorded by an interferometer such as the Zyogo Mark IV ex®, read out, and
Loaded on cord. Alternatively, a pre-recorded and stored "spot" profile can be read from the database and used.

この仕上げスポットは、装置・プラットフォーム、磁
界の強さ、加工片の外形、キャリア面の速度、MR流体の
特性、スピンドル/キャリア面の外形、並びに仕上げら
れる材料の特性に固有のものである。図14Bは除去「ス
ポット」(矢印で示す流体移動の方向)を示すものであ
り、これは直径40mm、曲率半径84mmのBKガラス・レンズ
がキャリア面上1mmの高さでMR流体に5秒接触した結果
を示すものである。回転トラフ・キャリア面を使用した
装置を使用した。この装置に関しては、トラフの中心か
ら内側縁部までの半径は23cm、外側縁部までの半径は30
cmである。このトラフは20rpmで回転され、ギャップで
の磁界の強さは2〜4kGであった。スピンドル・アーム
は角度θ=2°で加工片の回転を阻止するためにロック
された。この深さプロフィルが示すように、仕上げスポ
ットは"D"の形状を有し、レンズの表面がサスペンショ
ンに最も深く侵入した点がピーク除去領域でる。ピーク
除去は4.6μm/分であり、体積除去は0.48mm3/分であ
る。
This finishing spot is specific to the device platform, magnetic field strength, workpiece profile, carrier surface speed, MR fluid properties, spindle / carrier surface profile, and the properties of the material being finished. FIG. 14B shows the removal “spot” (the direction of fluid movement indicated by the arrow), in which a BK glass lens with a diameter of 40 mm and a radius of curvature of 84 mm contacts the MR fluid at a height of 1 mm above the carrier surface for 5 seconds. It shows the results obtained. An apparatus using a rotating trough carrier surface was used. For this device, the radius from the center of the trough to the inner edge is 23 cm and the radius from the outer edge to 30
cm. The trough was rotated at 20 rpm and the strength of the magnetic field in the gap was 2-4 kG. The spindle arm was locked at an angle θ = 2 ° to prevent workpiece rotation. As shown by this depth profile, the finishing spot has a "D" shape, and the point where the lens surface penetrates the suspension the deepest is the peak removal area. Peak removal is 4.6 μm / min and volume removal is 0.48 mm 3 / min.

この仕上げスポットは材料の種類に従属するものであ
る。図17は2つの相異なる種類のガラス、即ち、融解石
英及びSK7で取られたスポットのインターフォログラム
を示す。融解石英部材に関しては、このスポットはこの
部材をサスペンション内へキャリア面上で高さ1mmまで
下げて角度θ=0°とし、磁界を20秒間オンとし、そし
て磁界をオフとしてこの部材をサスペンションの外へ持
ち上げて得られたものである。深さプロフィル・ライン
・スキャンは流れの方向に平行(‖)及び直角(⊥)の
方向で取られてスポットの下方に表示されている。これ
らはこのガラスに関して2.3μm/分のピーク除去速度を
示す。SK7部材に関して歯、スポットは最初に磁界をオ
ンとすることにより得られる。スピンドルに装着された
部材は次いでサスペンション内へ直角に近い入射角の範
囲でキャリア面の上方1mmの高さまで移動する。そこで
4秒間保持され、次いで外に戻される。その組成と物理
的特性のたSK7は融解石英よりも速く終了する。測定し
たピーク除去速度は9.4μm/分でる。このようなガラス
のスポット形状は非常に類似している。これがMR工程の
特徴である。
This finishing spot is dependent on the type of material. FIG. 17 shows an interferogram of spots taken with two different types of glass, namely fused silica and SK7. For a fused quartz member, this spot is lowered into the suspension to a height of 1 mm above the carrier surface, at an angle θ = 0 °, the magnetic field is turned on for 20 seconds, and the magnetic field is turned off and the member is removed from the suspension. It was obtained by lifting. Depth profile line scans are taken in directions parallel (‖) and perpendicular (⊥) to the direction of flow and are indicated below the spot. These show a peak removal rate of 2.3 μm / min for this glass. For SK7 members, teeth, spots are obtained by first turning on the magnetic field. The component mounted on the spindle then moves into the suspension up to a height of 1 mm above the plane of the carrier within a range of near-right angles of incidence. There it is held for 4 seconds and then returned. Due to its composition and physical properties, SK7 finishes faster than fused quartz. The measured peak removal rate is 9.4 μm / min. The spot shapes of such glasses are very similar. This is the characteristic of the MR process.

仕上げする表面の初期表面エラー・プロフィルにおい
てFDFAに対する第2の入力は、球面に関しては、別のイ
ンターフェログラムであって、これは最も適した球との
初期のずれを示すものである。球場の面に関しては、そ
の入力はRank Taylor Hovsen From Talyserfのようなス
タイラス用具で得られる表面エラー・プロフィルとする
ことができる。
The second input to the FDFA in the initial surface error profile of the surface to be finished is another interferogram for the sphere, which indicates the initial deviation from the most suitable sphere. For the surface of the stadium, the input can be a surface error profile obtained with a stylus tool such as Rank Taylor Hovsen From Talyserf.

第3の入力は処理対象物である。これは表面下損傷の
dc除去、形状の補正、又はこの両者とすることができ
る。
The third input is a processing target. This is a subsurface damage
It can be dc removal, shape correction, or both.

コンピュータ・コードは除去機能と初期表面形状とを
組み合わせてMRF装置のスピンドル・アーム角度コント
ローラのための動作プログラムを引き出す。このコード
はこのコントローラの角度と加速、正負の角度間で必要
とされる移動回数、及びトータル見積もり処理時間を特
定する。最後に、このコードはこの処理サイクル期待さ
れる形状の予想を示すことができる。
The computer code combines the removal function with the initial surface shape to derive an operating program for the spindle arm angle controller of the MRF device. This code specifies the angle and acceleration of the controller, the number of moves required between positive and negative angles, and the total estimated processing time. Finally, the code can indicate the expected shape of this processing cycle.

図1に示す実施例において、スピンドル・アーム角度
コントローラのための動作プログラムは「バーチャル・
ピボット・ポイント」を使用することで引き出すことが
できる。バーチャル・ピボット・ポイントはいかなる表
面を仕上げする時に決定することができる。このバーチ
ャル・ピボット・ポイントは仕上げする表面を含む球の
中心と一致する。このバーチャル・ピボット・ポイント
は球面に関してこの加工片とは相対的に固定である。凸
状加工片の場合には、このバーチャル・ピボット・ポイ
ントは加工片の上方になるが、凹状加工片の場合にはバ
ーチャル・ピボット・ポイントポイント加工片表面の下
方にある。球の場合には、このはつや出しするゾーンの
局部曲率と一致するように適当に変化する。
In the embodiment shown in FIG. 1, the operation program for the spindle arm angle controller is "virtual
Can be withdrawn using "Pivot Points". The virtual pivot point can be determined when finishing any surface. This virtual pivot point coincides with the center of the sphere containing the surface to be finished. The virtual pivot point is fixed relative to the workpiece with respect to the spherical surface. In the case of a convex work piece, this virtual pivot point is above the work piece, while in the case of a concave work piece, the virtual pivot point point is below the work piece surface. In the case of a sphere, this changes appropriately to match the local curvature of the zone to be polished.

スピンドル・アーム・コントローラのためMCOPはスピ
ンドル・アームを運動させてバーチャル・ピボット・ポ
イントが所定の位置にあるようにする。ここでは、MCOP
に対する入力は仕上げを施す部材の曲率半径である。非
球体の場合は、その曲がり等式が入力として提供されね
ばならない。このバーチャル・ピボット・ポイントによ
るアプローチは空間において任意の点を中心として3段
階の自由度で擬態回転を可能とする。このピボット点は
一定(球に関して)又は可変(非球形に関して)とする
ことができる。擬態の、又はバーチャルのピボット・ポ
イントを使用しない場合には、単一の装置で達成できる
多くの仕事を実行するために数台のそれ専用の装置が必
要となる。
For the spindle arm controller, the MCOP moves the spindle arm so that the virtual pivot point is in place. Here, MCOP
Is the radius of curvature of the member to be finished. For non-spheres, the bending equation must be provided as input. This virtual pivot point approach allows for mimic rotation with three degrees of freedom around any point in space. This pivot point can be constant (for spherical) or variable (for non-spherical). Without the use of simulated or virtual pivot points, several dedicated devices would be required to perform the many tasks achievable with a single device.

実施例1 表5はFDFAを使用した3サイクル工程の結果を提示し
て、dc除去、形状の補正、及び表面つや出し説明するも
のである。この加工片は球状の凸状融解石英部材で、Op
ticam(登録商標)SX上で生成された直径40mmで曲率半
径58mmのものである。
Example 1 Table 5 illustrates the results of a three cycle process using FDFA to illustrate dc removal, shape correction, and surface polishing. This work piece is a spherical convex fused quartz member, Op
40 mm diameter and 58 mm radius of curvature generated on ticam® SX.

最初のサイクルは32分持続して表面から均一に3μm
除去し、表面粗さを40Åから8Årsmに減らした(フィ
ルターなしのZygo Maxim(登録商標)3Dオプチカル・プ
ロフィラで測定)。対称的表面波先エラーは除去した物
質3μmに対して0.11μm増大して維持された。第2の
サイクルは形状エラーを0.42μmから0.14μmに下げ
た。これは0.7μmまでの物質の半径方向に選択的に除
去した時に6分で達成されたものである。第3のサイク
ルは3μmの物質を余分に除去すると同時に対称的形状
エラーを0.09μmに減少した。最終滴な表面粗さは8Å
rmsで変わらなかった。
The first cycle lasts 32 minutes and is uniformly 3 μm from the surface
Removed and reduced the surface roughness from 40 ° to 8 ° rsm (measured with a Zygo Maxim® 3D optical profiler without filter). The symmetric surface wave front error was maintained at 0.11 μm increase for 3 μm removed material. The second cycle reduced the shape error from 0.42 μm to 0.14 μm. This was achieved in 6 minutes when radially selective removal of material up to 0.7 μm was achieved. The third cycle removed 3 μm extra material while reducing the symmetrical shape error to 0.09 μm. The final drop has a surface roughness of 8 mm
rms did not change.

サイクル#2に関するForbes/Dumasユーザー・インタ
フェースの一部は図18に示されている。初期、予想、及
び実際の表面形状エラーに関するインターフェログラム
本図の上部に示されている。各インターフェログラムの
下にあるのはベスト・フィットの球と比較された対称的
波先エラーを示す半径方向断面のライン・スキャンであ
る。この形状補正サイクルは表面の中心の穴を除去した
ことに注目されたい。
A portion of the Forbes / Dumas user interface for cycle # 2 is shown in FIG. Interferograms for initial, expected, and actual surface shape errors are shown at the top of the figure. Underneath each interferogram is a line scan of the radial section showing the symmetrical tip error compared to the best-fit sphere. Note that this shape correction cycle removed the center hole in the surface.

実施例2 表6はFDFAを使用した2サイクル仕上げ工程の結果を
示すものであり、サイクル#1で除去及び表面つや出し
を行い、サイクル#2で形状の補正を行ったものであ
る。この加工片は非球状の凸状BK7ガラス部材で、直径4
7mmで、Opticam(登録商標)SM上で生成された曲率半径
70mmから140μmno非球場の逸脱を有するものであった。
Example 2 Table 6 shows the results of a two-cycle finishing step using FDFA, in which removal and polishing of the surface were performed in cycle # 1, and the shape was corrected in cycle # 2. This work piece is a non-spherical convex BK7 glass member with a diameter of 4
Radius of curvature generated on Opticam® SM at 7 mm
It had a non-ball departure from 70 mm to 140 μmno.

最初のサイクルは100分持続して表面から均一に12μ
m除去し、表面粗さを9400Åから10Årmsに減らし(Zyo
go New View(登録商標)20x Mirauオプティカル・プロ
フィラで測定)、すべての表面下損傷を除去した。対称
的表面波先エラーは6.42μmから4.40μmに減った。第
2のサイクルは形状エラーを4.40μmから0.86μmに下
げた。これは4μmの物質を半径方向へ選択的に除去し
て40分で達成されたものである。最終的表面粗さは10Å
rmsであった。
The first cycle lasts 100 minutes and is uniformly 12μ from the surface
m and reduce the surface roughness from 9400Å to 10Årms (Zyo
go New View® 20x Mirau Optical Profiler), removing all subsurface damage. The symmetric surface wave front error was reduced from 6.42 μm to 4.40 μm. The second cycle reduced the shape error from 4.40 μm to 0.86 μm. This was achieved in 40 minutes by selectively removing 4 μm material radially. 10 表面 final surface roughness
rms.

実施例1及び2の仕上げ工程は機械的に固定のピボッ
ト・ポイントを有する装置で実行された。しかしなが
ら、実施例2の加工片は球状の形状から140μm逸脱し
た非球状のものであった。この結果、キャリア面とこの
加工片との間ギャップが仕上げ動作の過程で変化した。
仕上げスポットはこの非球状面上では事実上変化しなか
たが故に、実施例2は仕上げスポットがキャリア面と加
工片との間のギャップの高さに関して相対的に敏感でな
いことを示している。
The finishing steps of Examples 1 and 2 were performed on an apparatus having a mechanically fixed pivot point. However, the work piece of Example 2 was non-spherical, deviating from the spherical shape by 140 μm. As a result, the gap between the carrier surface and the workpiece changed during the finishing operation.
Example 2 shows that the finish spot is relatively insensitive to the height of the gap between the carrier surface and the work piece, because the finish spot does not change substantially on this non-spherical surface.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 コールドンスキー,ウィリアム ベラルーシ国,220088,ミンスク,プリ チョバ ストリート 29,アパートメン ト 15 (72)発明者 プロコロブ,イガー ビクトロビッチ ベラルーシ国,220037,ミンスク,メン ドルーブ ストリート 8,フラット # 123 (72)発明者 ゴリーニ,ドナルド アメリカ合衆国,ニューヨーク 14618, ロチェスター,パーマーストーン ロー ド 31 (72)発明者 ゴロドキン,ジェナッディー ラフェイ ロビッチ ベラルーシ国,220114,ミンスク,スコ リーナ アベニュー 95エフ (72)発明者 ストラフォード,トゥバスタ デビッド アメリカ合衆国,ニューヨーク 14620, ロチェスター,ユニバーシティ パーク 714 (56)参考文献 特開 平3−178767(JP,A) 特開 平1−135466(JP,A) 特表 平8−510695(JP,A) 米国特許5577948(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24B 31/112 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Coledonsky, William Belarus, 220088, Minsk, Prichova Street 29, Apartment 15 (72) Inventor Prokolob, Iger Victrovic Belarus, 220037, Minsk, Mendlub Street 8, Flat # 123 (72) Inventor Gorini, Donald United States of America, New York 14618, Rochester, Palmerstone Road 31 (72) Inventor Gorodokin, Jennady Lafay Rovic Belarus, 220114, Minsk, Skorina Avenue 95F (72) ) Inventor Strafford, Tubasta David United States, New York 14620, Rochester, Univer US Pat. No. 5,577,948 (US, A) US Pat. No. 5,577,948 (JP, A) US Pat. No. 5,577,948 (JP, A) 58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B24B 31/112

Claims (33)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】マグネトレオロジー流体を使用して加工片
の表面を仕上げる方法において、 (a)加工片の表面の一部と連続的なキャリア表面との
間に細まりギャップが画定されるように加工片を前記キ
ャリア表面の近くに位置決めする工程を含み、前記キャ
リア表面は垂直方向に向けられたホイールのリムに沿っ
て延びており、更に (b)ほぼ前記ギャップの位置に磁界を適用する工程
と、 (c)マグネトレオロジー流体源からのマグネトレオロ
ジー流体を前記キャリア表面上に配置する工程と、 (d)加工片の表面の一部において材料と係合してこの
材料を除去するための一時的な仕上げ工具を形成する加
工ゾーンを画定する前記細まりギャップを通って界磁硬
化したマグネトレオロジー流体が流れるように、前記ホ
イールを回転させることにより前記キャリア表面が加工
片を通過するようにする工程と、 (e)加工片及び加工ゾーンの一方を他方に対して移動
し、加工片の表面の異なる部分を前記加工ゾーンに対し
て所定の時間だけ露出させ、加工片の露出された部分を
所定の程度まで選択的に仕上げる工程と、 (f)前記キャリア表面から前記ギャップを通って流れ
たマグネトレオロジー流体を収集する工程と、 (g)収集されたマグネトレオロジー流体を前記マグネ
トレオロジー流体源へ戻す工程とを含む方法。
1. A method for finishing a surface of a workpiece using a magnetorheological fluid, comprising: (a) defining a narrowing gap between a portion of the surface of the workpiece and a continuous carrier surface. Positioning a work piece near the carrier surface, the carrier surface extending along a rim of a vertically oriented wheel; and (b) applying a magnetic field substantially at the location of the gap. (C) disposing a magnetorheological fluid from a source of magnetorheological fluid on the carrier surface; and (d) temporarily engaging a material on a portion of the surface of the workpiece to remove the material. Rotating the wheel so that the field-hardened magnetorheological fluid flows through the narrowing gap that defines the machining zone that forms the final finishing tool (E) moving one of the work piece and the processing zone with respect to the other so that a different portion of the work piece surface is predetermined with respect to the work zone. (F) collecting the magnetorheological fluid flowing through the gap from the carrier surface, exposing the exposed portion of the work piece to a predetermined extent; C.) Returning the collected magnetorheological fluid to said source of magnetorheological fluid.
【請求項2】前記ホイールが水平方向に向けられた軸を
中心に回転可能であり、前記ホイールを回転させる工程
には、前記ホイールが前記軸を中心に回転せしめられる
ことが含まれる請求項1に記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein the wheel is rotatable about a horizontally oriented axis, and rotating the wheel includes rotating the wheel about the axis. The method described in.
【請求項3】マグネトレオロジー流体の流れを配置する
工程には、マグネトレオロジー流体をノズルから噴出さ
せることが含まれる請求項1に記載の方法。
3. The method of claim 1, wherein the step of directing the flow of the magnetorheological fluid includes ejecting the magnetorheological fluid from a nozzle.
【請求項4】前記ホイールは、外側面の中央部の直径が
縁部の直径よりも小さくなっているようにトラフが形成
された外側面を有する請求項1に記載の方法。
4. The method of claim 1, wherein the wheel has a trough-shaped outer surface such that a diameter of a central portion of the outer surface is smaller than a diameter of an edge.
【請求項5】前記ノズルは、マグネトレオロジー流体を
前記キャリア表面に対し、前記キャリア表面にほぼ接す
る方向であって前記キャリア表面の移動方向に噴出する
請求項3に記載の方法。
5. The method according to claim 3, wherein the nozzle jets a magnetorheological fluid toward the carrier surface in a direction substantially in contact with the carrier surface and in a moving direction of the carrier surface.
【請求項6】前記工程(c)の後に前記加工ゾーンの形
状を変更するためにマグネトレオロジー流体の流れに所
定の幾何形状を与える工程を更に含む請求項1に記載の
方法。
6. The method of claim 1, further comprising the step of providing a predetermined geometry to the flow of the magnetorheological fluid to change the shape of the processing zone after step (c).
【請求項7】前記磁界を適用する工程には、前記加工ゾ
ーンの位置に存在する外辺界磁を最大とすることが含ま
れる請求項1に記載の方法。
7. The method of claim 1, wherein applying the magnetic field includes maximizing a perimeter field present at the location of the processing zone.
【請求項8】前記ギャップを通って流れたマグネトレオ
ロジー流体を収集するためのコレクタは、前記コレクタ
における前記磁界の強さを弱めるために磁気的に遮断さ
れている請求項1に記載の方法。
8. The method of claim 1 wherein a collector for collecting magnetorheological fluid flowing through the gap is magnetically isolated to reduce the strength of the magnetic field at the collector.
【請求項9】前記工程(e)には加工辺を前記加工ゾー
ンに対して回転させることが含まれる請求項1に記載の
方法。
9. The method of claim 1, wherein step (e) includes rotating a processing edge with respect to the processing zone.
【請求項10】加工片は旋回する加工片ホルダに取付け
られ、前記工程(e)には、前記加工ゾーンを通して加
工片の表面をスイープさせるために前記加工片ホルダを
旋回させることが含まれる請求項1に記載の方法。
10. The workpiece is mounted on a pivoting workpiece holder, and step (e) includes pivoting the workpiece holder to sweep the surface of the workpiece through the machining zone. Item 1. The method according to Item 1.
【請求項11】前記工程(e)には加工片をある面内で
移動させることが含まれる請求項1に記載の方法。
11. The method of claim 1, wherein step (e) includes moving the workpiece in a plane.
【請求項12】加工辺をある面内で移動させる工程に
は、加工片をマグネトレオロジー流体の移動方向に対し
てほぼ直角な方向に移動させることが含まれる請求項11
に記載の方法。
12. The step of moving the processing side in a plane includes moving the processing piece in a direction substantially perpendicular to the direction of movement of the magnetorheological fluid.
The method described in.
【請求項13】前記工程(f)で収集されたマグネトレ
オロジー流体の粘度を監視する工程を更に含む請求項1
に記載の方法。
13. The method of claim 1, further comprising the step of monitoring the viscosity of the magnetorheological fluid collected in step (f).
The method described in.
【請求項14】前記マグネトレオロジー流体の粘度を監
視する工程には、前記マグネトレオロジー流体がチュー
ブを通して実質的に一定の速度で流れるようにせしめら
れることと、前記チューブに沿った圧力降下を測定する
ことと、この圧力降下を所定の値と比較することとが含
まれる請求項13に記載の方法。
14. The step of monitoring the viscosity of the magnetorheological fluid includes causing the magnetorheological fluid to flow at a substantially constant speed through a tube and measuring a pressure drop along the tube. 14. The method of claim 13, comprising: comparing the pressure drop with a predetermined value.
【請求項15】加工片をある面内で移動させる工程に
は、加工片をマグネトレオロジー流体の移動方向に対し
てほぼ直角な方向に移動させることが含まれる請求項11
に記載の方法。
15. The step of moving the work piece in a plane includes moving the work piece in a direction substantially perpendicular to the direction of movement of the magnetorheological fluid.
The method described in.
【請求項16】前記マグネトレオロジー流体の粘度を監
視する工程において所定の粘度レベルからの変動が検出
された時にマグネットレオロジー流体の粘度を所定のレ
ベルに調節する工程を更に含む請求項13に記載の方法。
16. The method of claim 13, further comprising the step of adjusting the viscosity of the magnetorheological fluid to a predetermined level when a change from a predetermined viscosity level is detected in the step of monitoring the viscosity of the magnetorheological fluid. Method.
【請求項17】マグネットレオロジー流体の粘度を調節
する工程には、マグネットレオロジー流体にキャリア流
体を追加することが含まれる請求項16に記載の方法。
17. The method of claim 16, wherein adjusting the viscosity of the magnetorheological fluid includes adding a carrier fluid to the magnetorheological fluid.
【請求項18】前記工程(f)で収集されたマグネット
レオロジー流体のpHレベルを監視し且つそれを所定のpH
レベルに維持する工程を更に含む請求項1に記載の方
法。
18. Monitoring the pH level of the magnetorheological fluid collected in step (f) and measuring it at a predetermined pH
2. The method of claim 1, further comprising maintaining at a level.
【請求項19】前記工程(f)で収集されたマグネトレ
オロジー流体のうち磁界により固まった部分を均質化し
直す工程を更に含む請求項1に記載の方法。
19. The method of claim 1, further comprising the step of rehomogenizing the magnetically hardened portion of the magnetorheological fluid collected in step (f).
【請求項20】キャリア表面上にマグネットレオロジー
流体を再配置する前に前記工程(f)で収集されたマグ
ネトレオロジー流体が外気に対して露出されるのを制限
する工程を更に含む請求項1に記載の方法。
20. The method of claim 1, further comprising the step of limiting exposure of the magnetorheological fluid collected in step (f) to outside air before repositioning the magnetorheological fluid on the carrier surface. The described method.
【請求項21】マグネットレオロジー流体の前記所定の
pHレベルは9乃至11である請求項18に記載の方法。
21. The method of claim 21, wherein the predetermined volume of the magnet rheological fluid is
19. The method according to claim 18, wherein the pH level is between 9 and 11.
【請求項22】マグネットレオロジー流体を使用して加
工片の表面を仕上げる装置において、 垂直方向に向けられたホイールの外側縁部を備えた移動
可能なキャリア表面と、 マグネットレオロジー流体源からのマグネットレオロジ
ー流体の流れを前記キャリア表面上に配置するノズル
と、 加工片を保持すると共に加工片の表面の一部を前記キャ
リア表面の近くに位置決めしてこの両者間に細まりギャ
ップを形成する加工片ホルダとを具備し、前記キャリア
表面と加工片の表面とは、マグネットレオロジー流体が
前記細まりギャップを通って流れるように互いに対して
移動可能であり、更に 前記ギャップに磁界を適用し、前記ギャップを通って流
れるマグネットレオロジー流体を硬化し、加工片の表面
の一部の材料と係合すると共にその材料を除去せしめる
ための一時的な仕上げ工具を形成する磁石と、 加工片又は加工ゾーンを他方に対して移動させ、加工片
の表面の異なる部分を前記加工ゾーンに対して所定の時
間だけ露出させ、加工片の表面の前記部分を所定の程度
まで選択的に仕上げる移動手段と、 前記キャリア表面から前記ギャップを通って流れたマグ
ネットレオロジー流体を収集するコレクタと、 マグネットレオロジー流体を前記マグネットレオロジー
流体源へ戻す再循環手段とを有する装置。
22. An apparatus for finishing a surface of a workpiece using a magnetorheological fluid, comprising: a movable carrier surface with a vertically oriented outer edge of a wheel; and a magnetrheology from a source of magnetorheological fluid. A nozzle for locating a fluid flow on the carrier surface; a workpiece holder for holding the workpiece and positioning a portion of the workpiece surface near the carrier surface to form a narrowing gap between the two. Wherein the carrier surface and the work piece surface are movable relative to each other such that the magnetorheological fluid flows through the narrowing gap, and further applying a magnetic field to the gap, the gap Hardens the magnet rheological fluid flowing therethrough, engages some material on the surface of the workpiece, and A magnet forming a temporary finishing tool for removing the workpiece or the working zone with respect to the other, exposing different parts of the surface of the workpiece to said working zone for a predetermined time; Moving means for selectively finishing said portion of the surface of the workpiece to a predetermined extent; a collector for collecting magnet rheological fluid flowing from said carrier surface through said gap; and a magnet rheological fluid to said magnet rheological fluid source. An apparatus having recirculation means for returning.
【請求項23】前記ホイールは非磁性材料により形成さ
れる請求項22に記載の装置。
23. The apparatus according to claim 22, wherein said wheel is formed of a non-magnetic material.
【請求項24】前記キャリア表面は前記縁部の幅に渡っ
て凸状に湾曲したものである請求項22に記載の装置。
24. The apparatus of claim 22, wherein said carrier surface is convexly curved across said edge width.
【請求項25】前記コレクタにより収集されたマグネッ
トレオロジー流体の粘度を監視する粘度監視手段を更に
有する請求項22に記載の装置。
25. The apparatus of claim 22, further comprising viscosity monitoring means for monitoring the viscosity of the magnetorheological fluid collected by said collector.
【請求項26】前記粘度監視手段は、マグネットレオロ
ジー流体を実質的に一定の速度で搬送するためのチュー
ブと、該チューブに沿った圧力降下を測定する圧力セン
サと、この圧力降下を所定の値と比較する比較手段とを
有する請求項25に記載の装置。
26. The viscosity monitoring means includes a tube for conveying a magnetorheological fluid at a substantially constant speed, a pressure sensor for measuring a pressure drop along the tube, and a pressure sensor for measuring a pressure drop along the tube. 26. The device according to claim 25, further comprising: comparing means for comparing with.
【請求項27】前記コレクタにより収集されたマグネッ
トレオロジー流体を冷却する冷却手段を更に有する請求
項22に記載の装置。
27. The apparatus of claim 22, further comprising cooling means for cooling the magnetorheological fluid collected by said collector.
【請求項28】前記コレクタにより収集されると共に前
記磁界により固まったマグネットレオロジー流体の一部
を均質化し直すミキサーを更に有する請求項22に記載の
装置。
28. The apparatus of claim 22, further comprising a mixer that rehomogenizes a portion of the magnetorheological fluid collected by the collector and solidified by the magnetic field.
【請求項29】前記コレクタはキャリアホイールからの
マグネットレオロジー流体を掻き集めるスクレーパを有
する請求項22に記載の装置。
29. The apparatus according to claim 22, wherein said collector comprises a scraper for raking the magnetorheological fluid from the carrier wheel.
【請求項30】前記磁石は極片を有し、前記コレクタは
前記ノズルよりも前記極片から離れて配置されている請
求項22に記載の装置。
30. The apparatus of claim 22, wherein said magnet has a pole piece and said collector is located further from said pole piece than said nozzle.
【請求項31】加工片を取付け可能な回転する加工片ホ
ルダを具備し、前記加工片ホルダは、前記加工ゾーンを
通って加工片の表面をスイープさせるためにある軸を中
心に回転する請求項22に記載の装置。
31. A rotating work piece holder to which a work piece can be mounted, said work piece holder rotating about an axis for sweeping a surface of the work piece through said working zone. 23. The device according to 22.
【請求項32】加工片をある面内で移動させる移動手段
を更に有する請求項22に記載の装置。
32. The apparatus according to claim 22, further comprising moving means for moving the work piece in a plane.
【請求項33】前記磁石は支持ベースに取付けられ、前
記支持ベースは加工片に対して回転可能である請求項22
に記載の装置。
33. The magnet according to claim 22, wherein said magnet is mounted on a support base, said support base being rotatable with respect to a workpiece.
An apparatus according to claim 1.
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